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Las llamaradas del agujero negro binario supermasivo OJ 287 imponen restricciones al "Teorema sin pelo"

CIENCIASASTRONOMÍA Y CIENCIA ESPACIALLas llamaradas del agujero negro binario supermasivo OJ 287 imponen restricciones al "Teorema sin pelo"

El observatorio de infrarrojos de la NASA, Spitzer, ha observado recientemente la llamarada del gigantesco sistema binario de agujeros negros OJ 287, dentro del intervalo de tiempo estimado predicho por el modelo desarrollado por los astrofísicos. Esta observación ha probado diferentes aspectos de la relatividad general, el "teorema sin pelo", y ha demostrado que OJ 287 es de hecho una fuente de ondas gravitacionales infrarrojas.

La OJ 287 La galaxia, situada en la constelación de Cáncer a 3.5 millones de años luz de distancia de la Tierra, tiene dos agujeros negros: el más grande con más de 18 millones de veces la masa del Sol y orbitando este es un agujero negro más pequeño con unas 150 millones de veces la masa solar, y forman un sistema binario de agujeros negros. Mientras orbita al más grande, el agujero negro más pequeño se estrella contra el enorme disco de acumulación de gas y polvo que rodea a su compañero más grande, creando un destello de luz más brillante que un billón de estrellas.

El agujero negro más pequeño choca con el disco de acreción del más grande dos veces cada doce años. Sin embargo, debido a su órbita oblonga irregular (llamada cuasi-keplariana en la terminología matemática, como se muestra en la figura siguiente), las erupciones pueden aparecer en diferentes momentos, a veces con tan solo un año de diferencia; otras veces, hasta con 10 años de diferencia (1). Varios intentos de modelar la órbita y predecir cuándo ocurrirían las erupciones no tuvieron éxito hasta que en 2010, cuando los astrofísicos crearon un modelo que podía predecir su ocurrencia con un error de aproximadamente una a tres semanas. La precisión del modelo se demostró al predecir la aparición de una llamarada en diciembre de 2015 en un plazo de tres semanas.

Otro dato importante que contribuyó a la elaboración de una teoría exitosa del sistema binario de agujeros negros OJ 287 es el hecho de que los agujeros negros supermasivos pueden ser fuentes de ondas gravitacionales, que se estableció después de la observación experimental de las ondas gravitacionales en 2016. producido durante la fusión de dos agujeros negros supermasivos. Se ha predicho que OJ 287 es la fuente de ondas gravitacionales infrarrojas (2).

Figura que muestra la órbita del BH más pequeño de OJ287 durante 2000 y 2023 (1), (3).

En 2018, un grupo de astrofísicos proporcionó un modelo aún más detallado y afirmó ser capaz de predecir el tiempo de futuras erupciones en unas pocas horas (3). Según este modelo, la próxima llamarada se produciría el 31 de julio de 2019 y la hora se predijo con un error de 4.4 horas. También predijo el brillo de la llamarada inducida por el impacto que tendrá lugar durante ese evento. El evento fue capturado y confirmado por el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA (4), que se retiró en enero de 2020. Para observar el evento predicho, Spitzer era nuestra única esperanza, ya que este destello no podía ser visto por ningún otro telescopio en tierra o en la órbita terrestre. , ya que el Sol estaba en la constelación de Cáncer con OJ 287 y la Tierra en lados opuestos. Esta observación también demostró que OJ 287 emite ondas gravitacionales en la longitud de onda infrarroja, como se predijo. Según esta teoría propuesta, se espera que la llamarada inducida por impacto del OJ 287 tenga lugar en 2022.

Las observaciones de estas erupciones imponen una restricción a la "Teorema sin cabello”(5,6) que establece que si bien los agujeros negros no tienen superficies verdaderas, hay un límite a su alrededor más allá del cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Este límite se llama horizonte de eventos. Este teorema también postula que la materia que forma un agujero negro o está cayendo en él "desaparece" detrás del horizonte de sucesos del agujero negro y, por lo tanto, es permanentemente inaccesible para los observadores externos, lo que sugiere que los agujeros negros "no tienen pelo". Una consecuencia inmediata del teorema es que los agujeros negros pueden caracterizarse completamente con su masa, carga eléctrica y espín intrínseco. Según algunos científicos, este borde exterior del agujero negro, es decir, el horizonte de sucesos, podría ser irregular o irregular, contradiciendo así el "teorema de la ausencia de pelo". Sin embargo, si uno tiene que demostrar la exactitud del "teorema sin pelo", la única explicación plausible es que la distribución de masa desigual del gran agujero negro distorsionaría el espacio a su alrededor de tal manera que conduciría a un cambio. de la trayectoria del agujero negro más pequeño y, a su vez, cambiar el momento de la colisión del agujero negro con el disco de acreción en esa órbita en particular, provocando así un cambio en el tiempo de aparición de las llamaradas observadas.

Como puede esperarse, los agujeros negros son difíciles de sondear. Por lo tanto, a medida que avanzamos, se deben estudiar muchas más observaciones experimentales con respecto a las interacciones de los agujeros negros, con el entorno y con otros agujeros negros, antes de que se pueda confirmar la validez del "teorema sin pelo".

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Referencias:

  1. Valtonen V., Zola S., et al. 2016, “Giro del agujero negro primario en OJ287 según lo determinado por el destello del centenario de la Relatividad General”, Astrophys. J. Lett. 819 (2016) n. ° 2, L37. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/819/2/L37
  2. Abbott BP., et al. 2016. (Colaboración científica LIGO y Colaboración Virgo), "Observación de ondas gravitacionales de una fusión binaria de agujeros negros", 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. “Autenticación de la presencia de un binario de agujero negro masivo relativista en OJ 287 utilizando su destello centenario de relatividad general: parámetros orbitales mejorados”, Astrofias. J 866, 11 (2018). DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadd95
  4. Laine S., Dey L., et al 2020. “Observaciones de Spitzer de la llamarada de Eddington prevista de Blazar OJ 287”. Cartas del diario astrofísico, vol. 894, N ° 1 (2020). DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab79a4
  5. Gürlebeck, N., 2015. “Teorema sin pelo para agujeros negros en entornos astrofísicos”, Physical Review Letters 114, 151102 (2015). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.151102
  6. Hawking Stephen W., et al 2016. Soft Hair on Black Holes. https://arxiv.org/pdf/1601.00921.pdf

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Doctora Shamayita Ray
Doctora Shamayita Ray
Laboratorio de Física Espacial, VSSC, Trivandrum, India.

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