“Спитцер” показал яркий “танец” двух чёрных дыр

Чёрные дыры
Две массивные чёрные дыры в галактике OJ 287, в представлении художника. Авторы и права: NASA / JPL-Caltech.

Если две чёрные дыры “танцуют” в космосе, но астрономы их не видят, можем ли мы восхищаться красотой этого “танца”?

Поскольку чёрные дыры имеют настолько сильное гравитационное притяжение, что даже свет не может вырваться из их оков, то их нельзя наблюдать непосредственно и поэтому их трудно изучать. Но одна пара чёрных дыр очаровала астрономов сложным небесным танцем, который периодически формирует очень яркие вспышки света – вспышки, которые ярче, чем триллион звёзд и даже вся галактика Млечный Путь.

Наблюдая за временем этих ярких вспышек света, исследователи попытались наметить сложную хореографию движений чёрных дыр и точно предсказать, когда система снова вспыхнет. После более чем 120-летних наблюдений и десятилетий создания компьютерных моделей астрономы наконец-то выяснили, что представляют собой эти чёрные дыры.

Эта анимация показывает орбиту меньшей чёрной дыры вокруг её большего спутника в галактике OJ 287. Авторы и права: NASA / JPL-Caltech.

Две “танцующие” чёрные дыры находятся в 3,5 миллиардах световых лет от Земли в центре галактики под названием OJ 287. Большая из этих двух – одна из самых больших чёрных дыр, когда-либо найденных, её масса в 18 миллиардов раз превышает массу Солнца. Вокруг этой сверхмассивной чёрной дыры вращается гораздо меньшая чёрная дыра, которая в 150 миллионов раз массивнее Солнца. Каждые 12 лет чёрная дыра меньшего размера проходит через аккреционный диск большей чёрной дыры, и плоская полоса пыли и газа падает в чёрную дыру, создавая яркие вспышки света.

Поскольку орбита меньшей чёрной дыры нерегулярна – её положение меняется с каждым 12-летним циклом движения вокруг её партнёра – то эти вспышки не происходят по регулярному графику. Иногда они могут происходить с разницей всего в один год, а иногда между вспышками проходит до десяти лет. Казалось бы, случайное время вспышек не позволит астрономам точно определить, когда произойдёт следующая.

Однако, одна компьютерная симуляция в 2010 году смогла предсказать вспышки в течение одной-трёх недель. В 2018 году группа исследователей во главе с Лэнкесваром Дей, аспирантом Института фундаментальных исследований Тата в Мумбаи, опубликовала новую модель, которая, по их утверждению, могла предсказать возникновение вспышек в течение четырёх часов. В новом исследовании, опубликованном 28 апреля в The Astrophysical Journal Letters, группа Дея сообщила, что наблюдения “Спитцером” вспышки 31 июля 2019 года подтверждают, что их модель верна.

Спитцер
Космический телескоп “Спитцер”. Авторы и права: NASA / JPL-Caltech.

Космический телескоп “Спитцер”, который прекратил свою работу в январе, как раз оказался в нужном месте в нужное время, чтобы наблюдать вспышку в тот день, когда никакие другие телескопы на Земле или в космосе не могли её увидеть. В то время OJ 287 находилась на противоположной стороне Солнца с точки зрения землян.

“Спитцер” же в это время находился на расстоянии 254 миллионов километров от Земли, и с его точки зрения телескопа мог наблюдать за OJ 287 в течение чуть более месяца, с 31 июля до начала сентября, сообщили представители НАСА.

“Когда я впервые проверил видимость OJ 287, я был потрясён, обнаружив, что она стала видимой для “Спитцера” в тот день, когда, как было предсказано, произошла следующая вспышка”, – сказал Сеппо Лейн. “Нам крайне повезло, что мы смогли запечатлеть пик этой вспышки с помощью “Спитцера”, потому что никакие другие инструменты, созданные человеком, не смогли бы это сделать в данный конкретный момент времени”.

Чтобы сделать этот точный прогноз, исследователи не просто смотрели на орбитальную механику системы. Они также учитывали гравитационные волны или рябь в пространстве-времени, создаваемую в момент, когда массивные объекты перемещаются в пространстве, деформируя своё окружение. Астрономы ожидали, что система чёрных дыр в OJ 287 будет генерировать гравитационные волны, достаточно сильные, чтобы изменить орбиту меньшей чёрной дыры.

Радиус Шварцшильда
Радиус Шварцшильда. Авторы и права: Tetra Quark / Wikimedia Commons, CC BY-SA.

Включив гравитационные волны в свои расчёты, исследователи смогли предсказать 1,5-дневный период времени, в течение которого система будет генерировать вспышку. Затем они сузили этот отрезок времени ещё больше, до четырёх часов, принимая во внимание “теорему об отсутствии волос” – идею, в которой Стивен Хокинг, как известно, сомневался. Эта теорема утверждает, что поверхности чёрных дыр являются безликими и симметричными, а не неровными и нерегулярными. У чёрных дыр буквально нет “поверхности”, а скорее невидимая граница, известная как горизонт событий.

Если бы большая чёрная дыра в центре OJ 287 была неровной с неравномерно распределённой массой, её гравитационное притяжение к меньшей чёрной дыре было бы непоследовательным, что могло бы повлиять на орбиту меньшей чёрной дыры и время вспышек. Но новое исследование утверждает, что меньшая симметрия орбиты в форме спирографа поддерживает теорему об отсутствии волос.


Больше информации: https://iopscience.iop.org/
Присоединяйся

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.