التوهجات من الثقب الأسود الثنائى الفائق OJ 287 تضع قيودًا على "نظرية عدم وجود شعر"

ناسا وقد لاحظ مرصد سبيتزر للأشعة تحت الحمراء مؤخرًا توهجًا من ثنائي ضخم الثقب الأسود نظام OJ 287، ضمن الفاصل الزمني المقدر الذي تنبأ به النموذج الذي طوره علماء الفيزياء الفلكية. اختبرت هذه الملاحظة جوانب مختلفة من النسبية العامة، "نظرية اللاشعر"، وأثبتت أن OJ 287 هو بالفعل مصدر للأشعة تحت الحمراء. موجات الجاذبية.

• الحلقة 287 Galaxyتقع في كوكبة السرطان على بعد 3.5 مليار سنة ضوئية من الأرض، ولها اثنان الثقوب السوداء – الأكبر بأكثر من 18 مليار مرة كتلة من الشمس ويدور حول هذا أصغر الثقب الأسود مع حوالي 150 مليون مرة من الطاقة الشمسية كتلة، ويشكلون ثنائيًا الثقب الأسود نظام. بينما يدور حول الأكبر، الأصغر الثقب الأسود يصطدم بالقرص المتراكم الهائل من الغاز والغبار المحيط برفيقه الأكبر، مما يخلق وميضًا من الضوء أكثر سطوعًا من تريليون النجوم.

الأصغر الثقب الأسود يصطدم بالقرص التراكمي الأكبر مرتين كل اثنتي عشرة سنة. ومع ذلك، بسبب شكلها المستطيل غير المنتظم فلك (وتسمى شبه كيبلاري في المصطلحات الرياضية، كما هو موضح في الشكل أدناه)، يمكن أن تظهر التوهجات في أوقات مختلفة - في بعض الأحيان بفارق زمني لا يتجاوز سنة واحدة؛ وفي أحيان أخرى بفارق يصل إلى 10 سنوات (1). عدة محاولات لنموذج فلك والتنبؤ بموعد حدوث التوهجات لم ينجح حتى عام 2010، عندما أنشأ علماء الفيزياء الفلكية نموذجًا يمكنه التنبؤ بحدوثها بخطأ يتراوح من أسبوع إلى ثلاثة أسابيع تقريبًا. وقد تم إثبات دقة النموذج من خلال التنبؤ بظهور التوهج في ديسمبر 2015 خلال ثلاثة أسابيع.

جزء آخر مهم من المعلومات التي دخلت في صنع نظرية ناجحة للثنائي الثقب الأسود نظام OJ 287 هو حقيقة فائقة الكتلة الثقوب السوداء يمكن أن تكون مصادر موجات الجاذبية - والتي تم تحديدها بعد الملاحظة التجريبية لـ موجات الجاذبية في عام 2016، تم إنتاجها أثناء دمج اثنتين من المركبات فائقة الكتلة الثقوب السوداء. من المتوقع أن يكون OJ 287 مصدرًا للأشعة تحت الحمراء موجات الجاذبية (2).

وفي عام 2018، قدمت مجموعة من علماء الفيزياء الفلكية نموذجًا أكثر تفصيلاً، وزعموا أنهم قادرون على التنبؤ بتوقيت التوهجات المستقبلية في غضون ساعات قليلة (3). وفقًا لهذا النموذج، سيحدث التوهج التالي في 31 يوليو 2019 وتم التنبؤ بالوقت مع وجود خطأ قدره 4.4 ساعة. كما تنبأ أيضًا بحدوث سطوع التوهج الناجم عن الاصطدام خلال هذا الحدث. تم التقاط الحدث وتأكيده بواسطة ناسا سبيتزر الفضاء التلسكوب (4)، الذي تقاعد في يناير 2020. ولرصد الحدث المتوقع، كان سبيتزر أملنا الوحيد حيث لا يمكن رؤية هذا التوهج بواسطة أي تلسكوب آخر على الأرض أو في الأرض. فلكحيث كانت الشمس في كوكبة السرطان مع OJ 287 والأرض على جانبيها المتقابلين. أثبتت هذه الملاحظة أيضًا أن OJ 287 ينبعث موجات الجاذبية في الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء، كما كان متوقعا. وفقًا لهذه النظرية المقترحة، من المتوقع أن يحدث التوهج الناجم عن الاصطدام من OJ 287 في عام 2022.

تضع ملاحظات هذه التوهجات قيدًا على "لا نظرية الشعر"(5,6،XNUMX) الذي ينص على ذلك في حين الثقوب السوداء لا تحتوي على أسطح حقيقية، فهناك حدود حولها لا يمكن لأي شيء - ولا حتى الضوء - الهروب منها. وتسمى هذه الحدود بأفق الحدث. وتفترض هذه النظرية أيضًا أن المادة التي تشكل الثقب الأسود أو التي تسقط فيه "تختفي" خلف الثقب الأسود. الثقب الأسود أفق الحدث، وبالتالي لا يمكن الوصول إليها بشكل دائم للمراقبين الخارجيين، مما يشير إلى ذلك الثقوب السوداء "ليس لديهم شعر". إحدى النتائج المباشرة للنظرية هي أن الثقوب السوداء يمكن أن تتميز تماما مع بهم كتلةوالشحنة الكهربائية والدوران الجوهري. ووفقا لبعض العلماء، فإن هذه الحافة الخارجية للثقب الأسود، أي أفق الحدث، يمكن أن تكون وعرة أو غير منتظمة، مما يتناقض مع "نظرية لا شعر". ومع ذلك، إذا كان على المرء إثبات صحة "نظرية لا شعر"، فإن التفسير الوحيد المعقول هو أن التوزيع غير المتساوي لكتلة الثقب الأسود الكبير من شأنه أن يشوه الصورة. الفضاء حوله بطريقة تؤدي إلى تغيير المسار الأصغر الثقب الأسود، وبدوره تغيير توقيت الثقوب السوداء الاصطدام مع القرص التراكم على هذا الخصوص فلكمما يسبب تغيراً في وقت ظهور التوهجات الملحوظة.

كما هو متوقع ، الثقوب السوداء يصعب التحقيق فيها. وبالتالي، ونحن نمضي قدما، هناك العديد من الملاحظات التجريبية فيما يتعلق الثقب الأسود يجب دراسة التفاعلات مع البيئة المحيطة وكذلك مع الثقوب السوداء الأخرى قبل أن يتمكن المرء من تأكيد صحة "نظرية عدم وجود شعر".

***

المراجع:

1. فالتونين ف ، زولا س ، وآخرون. 2016 ، "الثقب الأسود الأساسي يدور في OJ287 على النحو الذي تحدده توهج الذكرى المئوية للنسبية العامة" ، Astrophys. جي ليت. 819 (2016) رقم 2 ، L37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
2. أبوت بي بي. ، وآخرون. 2016. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) ، “مراقبة موجات الجاذبية من ثنائي ثقب أسود اندماج” ، فيز. القس ليت. 116 ، 061102 (2016). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
3. Dey L. ، Valtonen MJ. ، Gopakumar A. وآخرون 2018. "المصادقة على وجود ثنائي الثقب الأسود الضخم النسبي في OJ 287 باستخدام توهج المئوية العام للنسبية: تحسين المعلمات المدارية" ، الفلك. 866 ، 11 (2018). معرف الهوية الرقمي: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
4. لين س. ، داي ل. ، وآخرون 2020. “Spitzer Observations of the Preddington Flare of Blazar OJ 287”. رسائل مجلة الفيزياء الفلكية ، المجلد. 894 ، رقم 1 (2020). DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
5. Gürlebeck، N.، 2015. "نظرية عدم وجود شعر للثقوب السوداء في البيئات الفيزيائية الفلكية" ، استعراض للحروف البدنية 114 ، 151102 (2015). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
6. هوكينج ستيفن دبليو وآخرون 2016. شعر ناعم على الثقوب السوداء. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf

***