Танцуващи гигантски черни дупки

Астрономи са успели да тестват ключовите последици от теориите на Айнщайн, като изучават начина, по който двойки черни дупки се движат помежду си.

Един от тези обекти е истински колос – дупка, тежаща 18 милиарда пъти повече от масата на нашето Слънце; другата не е толкова голяма – „само“ 150 милиона слънчеви маси.

Учените успяват да предвидят взаимодействията им много точно. Те правят това, като включват техните деформации върху пространство времето и като допускат, че по-голямата дупка има гладка „повърхност“.

Сдвояването на черните дупки, известно като OJ 287, съществува на около 3,5 милиарда светлинни години от Земята.

Учените отдавна забелязват внезапното „озаряване“ идващо от тази система, което се случва два пъти на всеки 12 години. Избухването на енергия е еквивалентно на трилион слънца, включени някога в галактиката домакин на дупките.

Най-доброто обяснение за това необикновено поведение е, че по-малкият обект рутинно преминава през диск от газ и прах, който се приписва на по-големия му спътник, като загрява материала до изключително високи температури в процеса.

Но това изгаряне е някак нередовно. Понякога озаряващите епизоди в 12-годишния период се случват само на разстояние от една година; друг път – на 10 години едно от друго.

Това говори за сложността на пътя, който малката дупка изминава около партньора си – и тази сложност изследователският екип успява да вгради в изключително сложен модел.

„Орбитата на по-малките черни дупки се променя. Ето защо времената на въздействията варират“, обяснява проф. Маури Валтонен от университета в Турку, Финландия.

„Още през 1996 г. имахме модел, който предсказваше повече или по-малко какво ще се случи. Но просто ставаме все по-точни“, каза той пред BBC News.

Един от важните параметри на актуализирания модел е енергията, излъчваща се от системата под формата на гравитационни вълни. Тези пулсации в тъканта на пространство времето – описани от теорията на Айнщайн за обща относителност – се генерират от ускоряващи тела; и при свръх масите на ОJ 287 те оказват значително влияние върху начина на работа на системата.

Големият тест на най-новия модел се прави на 31 юли миналата година, когато появата на най-новото изгаряне беше идентифицирано в рамките на 2,5 часа от предвиденото от уравненията.

Събитието бе заснето от инфрачервеният телескоп Spitzer на НАСА – щастливо както се оказа, тъй като ОJ 287 се намираше от другата страна на Слънцето към Земята по това време и следователно извън полезрението на наземните съоръжения.

„Когато за пръв път проверих видимостта на OJ 287, бях шокиран, когато открих, че той става видим за Spitzer точно в деня, когато се прогнозира появата на следващото озаряване“, казва д-р Сепо Лайнен, учен, който е надзиравал наблюдението от Спицер.

„Изключително щастлив бях, че ще успеем да уловим пика на този процес със Спицер, тъй като никой друг инструмент, създаден от човека, не беше в състояние да постигне този подвиг в този конкретен момент от времето.“

Учените, включително и покойният Стивън Хокинг, разработват това, което стана известно като теоремата „без коса“ за черните дупки. Това по същество гласи, че повърхността или „хоризонтът на събитията“ на черна дупка по оста на въртене е симетрична – няма неравности.

За наблюдението на ОJ 287 се казва, че е най-добрият тест досега на тази теория. Ако имаше сериозни нередности, прогнозираното време не би съвпаднало толкова добре.

Проф. Аченведу Гопакумар, от Татаския институт за фундаментални изследвания, Индия, работи върху допълненията на гравитационните вълни към модела.

Професорът говори за своя „възторг“ от това, че вижда как данните на Спицър съвпадат. Сега той очаква с нетърпение ОJ 287 да бъде представен и от телескопа Event Horizon, който произведе първата в историята снимка на черна дупка миналата година.

„Той наблюдава източника както през 2017 г., така и през 2018 г. Другите кампании са спрени (заради коронавируса) и се надяваме да намерим време в кампанията през 2021 г.“, каза той пред BBC News.

Подробности за наблюденията на Spitzer са публикувани в The Astrophysical Journal Letters.

Следващото озаряване идващо от двете черни дупки ще може да се наблюдава през 2022 г., а след това през 2033 г. и 2034 г.