天文學家預測巨大黑洞系統的耀斑將在數小時內發生——然後見證它的發生

OJ 287 星系的中心坐落著已知質量最大的黑洞之一，這個巨大物體的質量是太陽質量的 180 億倍。 它被一個熱物質盤包圍，並被另一個較小的黑洞圍繞。 這個黑洞的質量為 1.5 億個太陽質量，相比之下很輕，但仍然是位於銀河系中心的黑洞人馬座 A* 質量的 30 倍以上。

這種不尋常的設置產生了獨特的標誌性耀斑。 每當較小的黑洞穿過較大黑洞周圍的物質盤時，就會釋放出比一兆顆恆星加起來還要亮的能量耀斑。 這種情況每 12 年發生兩次，但由於大質量物體之間複雜的相互作用，間隔不規則。

嘗試對這兩個天體進行建模以估計耀斑何時可能發生一直是天文學家面臨的挑戰。 2010 年的一個模型成功地將 2015 年 12 月的耀斑預測預測到了三週內。 2018年，由孟買塔塔基礎研究所研究生Lankeswar Dey領導的印度天文學家製作了一個模型，預測耀斑將於2019年7月31日發生，不確定性僅四小時。 現在，據報道天體物理學雜誌通訊，這些研究人員描述了對它的觀察，證實了他們的模型是正確的。

這些觀測之所以成為可能，要歸功於美國太空總署的史匹哲天文台，這是一個紅外線太空望遠鏡今年年初退休，其實原因很簡單。 從地球位置來看，OJ 287 實際上位於太陽後面，但由於斯皮策處於尾隨軌道，遠離地球，因此它在正確的時間在正確的位置捕獲了耀斑。

「當我第一次檢查OJ 287 的能見度時，我驚訝地發現，在預測下一次耀斑發生的那天，斯皮策就能看到它，」主要作者、加州理工學院/IPAC 的副研究員塞波·萊恩(Seppo Laine) 說。陳述。 “非常幸運的是，我們能夠用斯皮策捕捉到這種耀斑的峰值，因為沒有其他人造儀器能夠在那個特定時間點實現這一壯舉。”

準確的預測取決於對重力和黑洞的深刻理解。 這兩個巨大的物體在彼此繞軌道運行時以重力波的形式釋放能量。 物體的質量越大，產生的重力波就越大，而且來自較大黑洞的重力波能量如此之大，以至於它們改變了較小黑洞的軌道。 將此納入模型中，將耀斑發生的時間窗口縮短至僅 36 小時。

最終的九倍改進是由於納入了“無毛定理”，即黑洞的屬性歸結為三個經典參數：質量、電荷和角動量，而所有其他資訊都不是必要的。 較小黑洞的軌道僅受較大黑洞質量的影響，且該質量均勻分佈在事件視界內。 如果與無毛定理發生重大分歧，該系統會顯示出來。

圖爾庫大學天文物理學家毛里·瓦爾托寧（Mauri Valtonen）表示：「對黑洞科學家來說，證明或反駁無毛定理非常重要。沒有它，我們就無法相信霍金和其他人設想的黑洞存在。

這兩個令人難以置信的物體的複雜舞蹈不僅是宇宙奇觀，而且是黑洞物理學的一個獨特窗口。