Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
Экспедиция «9 Легенд Русского Севера»
Космос

Астрономы спрогнозировали вспышку от взаимодействия двух черных дыр с точностью до четырех часов

National Geographic Россия
29 апреля 2020
--.jpg
Фото: NASA
Заодно ученые привели доводы в пользу теоремы об отсутствии волос у черных дыр.

Черные дыры не являются стационарными объектами во Вселенной и могут быть довольно активными в своих передвижениях. Но, поскольку они не излучают и не отражают света и их нельзя наблюдать непосредственно, их также нелегко изучать.

В галактике OJ 287 находится одна из крупнейших известных черных дыр, масса которой в 18 миллиардов раз превышает солнечную. На орбите этого монстра находится черная дыра, чья масса меньше в 120 раз. Каждые 12 лет меньшая черная дыра делает полный оборот вокруг своей соседки, при этом дважды пересекая ее огромный аккреционный диск, в результате чего возникают мощнейшие вспышки света — они ярче триллиона звезд и всего Млечного Пути.

Но орбита меньшей черной дыры является продолговатой, а не круглой, и она нерегулярна: она смещается с каждой петлей вокруг большей черной дыры и наклоняется относительно аккреционного диска.

Из-за неправильной орбиты черная дыра сталкивается с диском в разное время в течение 12-летнего цикла. Иногда вспышки появляются всего через год; в других случаях через 10 лет. Попытки смоделировать орбиту и предсказать, когда возникнут вспышки, заняли десятилетия, но в 2010 году ученые создали модель, которая смогла предсказать их возникновение с точностью до одной-трех недель. Они продемонстрировали, что их модель была правильной, предсказав появление вспышки в декабре 2015 года с точностью до трех недель.

В 2018 году группа ученых во главе с Лэнкесваром Деем, аспирантом Института фундаментальных исследований Тата в Мумбаи, опубликовала статью с еще более подробной моделью, которая, как они утверждали, сможет предсказать время будущих вспышек с точностью до четырех часов. В новом исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal Letters, эти ученые сообщают, что их точный прогноз вспышки, произошедшей 31 июля 2019 года, подтверждает, что модель верна.

Однако у исследователей возникли сложности с непосредственным наблюдением этой вспышки, поскольку галактика OJ 287 оказалась вне поля зрения всех наземных телескопов и аппаратов на околоземной орбите, загороженная Солнцем. Единственным, кто смог наблюдать вспышку, оказался «Спитцер», который был снят с эксплуатации в январе 2020 года.

После 16 лет работы «Спитцер» оказался на орбите на расстоянии 254 миллионов километров от Земли, что более чем в 600 раз больше, чем расстояние Луны от нашей планеты. «Спитцер» мог наблюдать за системой с 31 июля (в тот же день, когда ожидалась вспышка) до начала сентября, когда OJ 287 стал видимым для телескопов на Земле.

«Когда я впервые проверил видимость OJ 287, я был потрясен, обнаружив, что он стал видимым Спитцеру в тот день, когда, как прогнозировалось, произойдет следующая вспышка. Крайне повезло, что мы смогли запечатлеть пик этой вспышки с помощью «Спитцера», потому что никакие другие созданные человеком аппараты не могли этого сделать», — Сеппо Лэйн, научный сотрудник Калифорнийского Университета.

Ученые регулярно моделируют орбиты небольших объектов в Солнечной системе, например, комет, вращающихся вокруг нашей звезды. При этом, исследователи принимают во внимание факторы, которые наиболее сильно влияют на движение этих объектов. Для комет доминирующей силой является гравитация Солнца, однако и гравитационной притяжение планет также может повлиять на их путь.

Определить движение двух огромных черных дыр гораздо сложнее. Ученые должны учитывать факторы, которые не могут заметно повлиять на более мелкие объекты; главными среди них являются так называемые гравитационные волны. Теория общей теории относительности Эйнштейна описывает гравитацию как деформацию пространства массой объекта. Когда объект движется в пространстве, искажения превращаются в волны. Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн в 1916 году, но они не наблюдались непосредственно до 2015 года.

В то время как предыдущие исследования OJ 287 учитывали гравитационные волны, модель 2018-года стала еще более детальной. Чтобы еще больше уточнить прогноз вспышек вплоть до четырех часов, ученые подробно описали физические характеристики более крупной черной дыры. В частности, новая модель включает в себя то, что называется теоремой об отсутствии волос у черной дыры. Согласно этой теореме, метрика черной дыры полностью определяется всего тремя ее параметрами — массой, угловым моментом (спином) и электрическим зарядом. Вся другая информация о материи, которую поглощает черная дыра, скрывается за горизонтом событий и для внешнего наблюдателя теряется.

Опубликованная в 1960-х годах группой физиков, в которую вошел Стивен Хокинг, эта теорема делает прогноз о природе «поверхностей» черных дыр. Хотя черные дыры не имеют настоящих поверхностей, ученые знают, что вокруг них есть граница, за которой ничто — даже свет — не может вырваться. Согласно некоторым версиям, внешний край, называемый горизонтом событий, может быть неровным или нерегулярным, но теорема об отсутствии волос утверждает, что у «поверхности» нет таких особенностей, даже волос (название этой теоремы было шуткой).

Так как же «гладкость» поверхности массивной черной дыры влияет на орбиту меньшей черной дыры? Эта орбита определяется в основном массой большей черной дыры. Если она станет более массивной или наоборот потеряет часть своего веса, это изменит траекторию орбиты меньшей черной дыры. Но распределение массы также имеет значение. Массивная выпуклость на одной стороне большей черной дыры исказила бы пространство вокруг нее иначе, чем если бы черная дыра была симметричной.

Так как исследователи строили свою модель для гладкой осесимметричной черной дыры, корректность предсказаний говорит в пользу теоремы об отсутствии волос.

Посмотрите, как выглядит наша планета на небосводе Луны.

рекомендации
Telegram

А вы знаете, что у нас есть канал в Телеграме? Подписывайтесь!

Замок

Недикий Запад: путешествие по русской Прибалтике

Вопросительный знак, вопрос

Как могли бы выглядеть объекты всемирного наследия ЮНЕСКО, если бы их восстановили