I bagliori del buco nero binario supermassiccio OJ 287 mettono un limite al "Teorema senza capelli"

Della NASA L'osservatorio a infrarossi Spitzer ha recentemente osservato il bagliore di una gigantesca binaria buco nero sistema OJ 287, entro l'intervallo di tempo stimato previsto dal modello sviluppato dagli astrofisici. Questa osservazione ha testato diversi aspetti della Relatività Generale, il “teorema dei capelli no”, e ha dimostrato che OJ 287 è effettivamente una fonte di raggi infrarossi Onde gravitazionali.

I GU 287 galassia, situato nella costellazione del Cancro a 3.5 miliardi di anni luce dalla Terra, ne ha due buchi neri – quello più grande con oltre 18 miliardi di volte il massa del Sole e l'orbita attorno ad esso è più piccola buco nero con circa 150 milioni di volte quella solare massae formano un binario buco nero sistema. Mentre orbita attorno a quello più grande, il più piccolo buco nero si schianta attraverso l'enorme disco di accrescimento di gas e polvere che circonda il suo compagno più grande, creando un lampo di luce più luminoso di un trilione stelle.

Il più piccolo buco nero si scontra con il disco di accrescimento di quello più grande due volte ogni dodici anni. Tuttavia, a causa della sua forma oblunga irregolare orbita (chiamati quasi-keplariani nella terminologia matematica, come mostrato nella figura seguente), i brillamenti possono apparire in tempi diversi, a volte anche a distanza di un anno l'uno dall'altro; altre volte, fino a 10 anni di distanza (1). Diversi tentativi di modellare il orbita e prevedere quando si sarebbero verificati i brillamenti non ha avuto successo fino al 2010, quando gli astrofisici hanno creato un modello in grado di prevederne il verificarsi con un errore di circa una o tre settimane. L'accuratezza del modello è stata dimostrata prevedendo la comparsa di un brillamento nel dicembre 2015 entro tre settimane.

Un'altra informazione importante che ha contribuito alla realizzazione di una teoria binaria di successo buco nero sistema GU 287 è il fatto che supermassiccio buchi neri possono essere fonti di onde gravitazionali – che è stato stabilito dopo l’osservazione sperimentale del onde gravitazionali nel 2016, prodotto durante la fusione di due supermassicci buchi neri. Si prevede che OJ 287 sia la sorgente degli infrarossi onde gravitazionali (2).

Nel 2018, un gruppo di astrofisici ha fornito un modello ancora più dettagliato e ha affermato di essere in grado di prevedere i tempi dei futuri brillamenti entro poche ore (3). Secondo questo modello, il prossimo brillamento si sarebbe verificato il 31 luglio 2019 e l’orario era stato previsto con un errore di 4.4 ore. Ha inoltre previsto la luminosità del bagliore indotto dall'impatto che avrebbe avuto luogo durante quell'evento. L'evento è stato catturato e confermato da Della NASA Spitzer lo spazio Telescopio (4), ritiratosi nel gennaio 2020. Per osservare l'evento previsto, Spitzer era la nostra unica speranza poiché questo bagliore non poteva essere visto da nessun altro telescopio a terra o nella Terra orbita, poiché il Sole era nella costellazione del Cancro con OJ 287 e la Terra si trovava sui lati opposti di essa. Questa osservazione ha anche dimostrato che la GU 287 emette onde gravitazionali nella lunghezza d'onda dell'infrarosso, come previsto. Secondo questa teoria proposta, il brillamento indotto dall’impatto della GU 287 dovrebbe avvenire nel 2022.

Le osservazioni di questi bagliori mettono un vincolo sul “Nessun teorema sui capelli” (5,6) che afferma che mentre buchi neri non hanno vere e proprie superfici, intorno a loro c'è un confine oltre il quale nulla, nemmeno la luce, può sfuggire. Questo confine è chiamato orizzonte degli eventi. Questo teorema postula anche che la materia che forma un buco nero o che cade in esso “scompare” dietro il buco nero. buco nero orizzonte degli eventi ed è quindi permanentemente inaccessibile agli osservatori esterni, suggerendo ciò buchi neri non avere “capelli”. Una conseguenza immediata del teorema è che buchi neri può essere caratterizzato completamente con il loro massa, carica elettrica e spin intrinseco. Secondo alcuni scienziati, questo bordo esterno del buco nero, cioè l'orizzonte degli eventi, potrebbe essere accidentato o irregolare, contraddicendo così il “Teorema senza capelli”. Tuttavia, se si dovesse dimostrare la correttezza del “teorema senza capelli”, l’unica spiegazione plausibile è che la distribuzione non uniforme della massa del grande buco nero distorcerebbe la spazio attorno ad esso in modo tale da indurre un cambio di percorso del più piccolo buco neroe, a sua volta, modificare i tempi del buchi neri collisione con il disco di accrescimento in quel particolare orbita, provocando così un cambiamento nel tempo di comparsa dei brillamenti osservati.

Come prevedibile, buchi neri sono difficili da sondare. Quindi, mentre andiamo avanti, molte altre osservazioni sperimentali riguardano buco nero le interazioni, con l'ambiente circostante così come con altri buchi neri, devono essere studiate prima di poter confermare la validità del “Teorema senza capelli”.

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Riferimenti:

1. Valtonen V., Zola S., et al. 2016, "Rotazione del buco nero primario in OJ287 come determinato dal bagliore del centenario della relatività generale", Astrophys. J. Lett. 819 (2016) n.2, L37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
2. Abate BP., et al. 2016. (Collaborazione scientifica LIGO e collaborazione Virgo), “Osservazione delle onde gravitazionali da una fusione di buchi neri binari”, Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
3. Dey L., Valtonen MJ., Gopakumar A. et al 2018. "Autenticazione della presenza di un enorme buco nero relativistico binario in GU 287 utilizzando la relatività generale Centenary Flare: parametri orbitali migliorati", astrofisica. J.866, 11 (2018). DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
4. Laine S., Dey L., et al 2020. "Osservazioni Spitzer del previsto Eddington Flare da Blazar OJ 287". Astrophysical Journal Letters, vol. 894, n. 1 (2020). DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
5. Gürlebeck, N., 2015. "Teorema senza capelli per i buchi neri in ambienti astrofisici", Physical Review Letters 114, 151102 (2015). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
6. Hawking Stephen W., et al 2016. Capelli morbidi sui buchi neri. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf

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