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Les fusées éclairantes du trou noir binaire supermassif OJ 287 imposent une contrainte sur le «théorème sans cheveux»

L'observatoire infrarouge Spitzer de la NASA a récemment observé l'éruption d'un gigantesque satellite binaire. trou noir système JO 287, dans l'intervalle de temps estimé prévu par le modèle développé par les astrophysiciens. Cette observation a testé différents aspects de la Relativité Générale, le « théorème sans cheveux », et prouvé qu'OJ 287 est bien une source d'énergie infrarouge. Ondes gravitationnelles.

La JO 287 galaxie, située dans la constellation du Cancer à 3.5 milliards d'années-lumière de la Terre, possède deux les trous noirs – le plus grand avec plus de 18 milliards de fois la masse du Soleil et en orbite autour de lui est un plus petit trou noir avec environ 150 millions de fois la masse solaire, et ils forment un système binaire trou noir système. En orbite autour du plus grand, le plus petit trou noir s'écrase à travers l'énorme disque d'accrétion de gaz et de poussière entourant son plus grand compagnon, créant un éclair de lumière plus brillant qu'un billion d'étoiles.

Le plus petit trou noir entre en collision avec le disque d'accrétion du plus grand deux fois tous les douze ans. Cependant, en raison de son orbite oblongue irrégulière (appelée quasi-keplarienne dans la terminologie mathématique, comme le montre la figure ci-dessous), les éruptions peuvent apparaître à des moments différents – parfois à un an d'intervalle seulement ; d’autres fois, avec un intervalle allant jusqu’à 10 ans (1). Plusieurs tentatives visant à modéliser l'orbite et à prédire le moment où les éruptions se produiraient ont échoué jusqu'en 2010, lorsque les astrophysiciens ont créé un modèle capable de prédire leur apparition avec une erreur d'environ une à trois semaines. La précision du modèle a été démontrée en prédisant l’apparition d’une éruption en décembre 2015 dans un délai de trois semaines.

Un autre élément d'information important qui a contribué à l'élaboration d'une théorie réussie du système binaire. trou noir système JO 287 est le fait que le supermassif les trous noirs peuvent être des sources de ondes gravitationnelles – qui a été établi après l’observation expérimentale du ondes gravitationnelles en 2016, réalisé lors de la fusion de deux supermassifs les trous noirs. Il a été prédit que l'OJ 287 serait la source d'émissions infrarouges. ondes gravitationnelles (2).

Figure montrant l'orbite du plus petit BH de OJ287 en 2000 et 2023 (1), (3).

En 2018, un groupe d’astrophysiciens a fourni un modèle encore plus détaillé et a affirmé être capable de prédire le moment des futures éruptions en quelques heures seulement (3). Selon ce modèle, la prochaine éruption aurait lieu le 31 juillet 2019 et l'heure a été prédite avec une erreur de 4.4 heures. Il a également prédit la luminosité de l’éruption provoquée par l’impact qui aurait lieu au cours de cet événement. L'événement a été capturé et confirmé par le télescope spatial Spitzer (4) de la NASA, qui a pris sa retraite en janvier 2020. Pour observer l'événement prédit, Spitzer était notre seul espoir puisque cette éruption ne pouvait être vue par aucun autre télescope au sol ou sur l'orbite terrestre. , car le Soleil était dans la constellation du Cancer, OJ 287 et la Terre étant sur les côtés opposés de celui-ci. Cette observation a également prouvé que l'OJ 287 émet ondes gravitationnelles dans la longueur d'onde infrarouge, comme prévu. Selon cette théorie proposée, l’éruption provoquée par l’impact d’OJ 287 devrait avoir lieu en 2022.

Les observations de ces flares mettent une contrainte sur le «Pas de théorème des cheveux» (5,6) qui précise que même si les trous noirs n'ont pas de véritables surfaces, il y a une limite autour d'elles au-delà de laquelle rien – pas même la lumière – ne peut s'échapper. Cette limite est appelée l’horizon des événements. Ce théorème postule également que la matière qui forme un trou noir ou qui y tombe « disparaît » derrière le trou noir. trou noir horizon des événements et est donc inaccessible en permanence aux observateurs externes, ce qui suggère que les trous noirs n'avoir « pas de cheveux ». Une conséquence immédiate du théorème est que les trous noirs peuvent être caractérisés complètement par leur masse, leur charge électrique et leur spin intrinsèque. Selon certains scientifiques, ce bord extérieur du trou noir, c'est-à-dire l'horizon des événements, pourrait être bosselé ou irrégulier, contredisant ainsi le « théorème sans cheveux ». Cependant, si l’on doit prouver l’exactitude du « théorème sans cheveux », la seule explication plausible est que la répartition inégale de la masse du grand trou noir déformerait l’espace qui l’entoure de telle manière qu’elle entraînerait un changement. de chemin du plus petit trou noir, et à son tour modifier le timing du trous noirs collision avec le disque d'accrétion sur cette orbite particulière, provoquant ainsi une modification du moment d'apparition des éruptions observées.

Comme on peut s'y attendre, les trous noirs sont difficiles à sonder. Par conséquent, à mesure que nous avançons, de nombreuses autres observations expérimentales concernant trou noir les interactions, avec l'environnement ainsi qu'avec d'autres trous noirs, sont à étudier avant de pouvoir confirmer la validité du « théorème No Hair ».

***

Références:

  1. Valtonen V., Zola S., et al. 2016, "Spin primaire du trou noir dans OJ287 tel que déterminé par l'éruption centenaire de la relativité générale", Astrophys. J. Lett. 819 (2016) n°2, L37. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
  2. Abbé BP., et al. 2016. (Collaboration scientifique LIGO et Collaboration Virgo), "Observation des ondes gravitationnelles d'une fusion de trous noirs binaires", Phys. Rév. Lett. 116, 061102 (2016). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102
  3. Dey L., Valtonen MJ., Gopakumar A. et al 2018. "Authentification de la présence d'un binaire de trou noir massif relativiste dans OJ 287 à l'aide de son évasement centenaire de la relativité générale : paramètres orbitaux améliorés", Astrophyse. J. 866, 11 (2018). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
  4. Laine S., Dey L., et al 2020. « Observations de Spitzer de l'éruption d'Eddington prévue de Blazar OJ 287 ». Lettres du journal astrophysique, vol. 894, n° 1 (2020). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
  5. Gürlebeck, N., 2015. "Théorème sans cheveux pour les trous noirs dans les environnements astrophysiques", Physical Review Letters 114, 151102 (2015). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
  6. Hawking Stephen W., et al 2016. Cheveux doux sur les trous noirs. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf

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Shamayita Ray PhD
Shamayita Ray PhD
Laboratoire de physique spatiale, VSSC, Trivandrum, Inde.

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