OJ 287是一个位于巨蟹座的蝎虎座BL型天体,它的观测历史超过120年,是天文史上持续观测时间和掌握数据最多,却最搞不清楚的天体之一,不过最近NASA对OJ 287的研究揭开谜团的一角,却让大家陷入了一个尴尬的境地。
关于OJ 287:蝎虎座BL型天体
OJ 287最早在1891年起就有干版(早期底片)的影像记录,它的光度变化记录超过100年,2008年时精确测定其质量大约超过太阳的180亿倍。蝎虎座BL型天体并非说OJ 287是蝎虎座的BL类型天体,而是一种活跃星系核的名词,最早发现的是蝎虎座BL,因此后来发现的这一类天体均以此原型来命名。
这类天体具有快速和大振幅通量变化和显著的光学极化著称,因此蝎虎座BL天体早期被认为是变星,但光谱明显不符,或者可以这样简单理解,OJ 287是类星体的一种。
OJ 287和它的伴星黑洞
OJ 287起先被认为是一颗变星是因为它的光度变化有一个11-12年的周期,最大光度有一个狭宰的双峰值,如此规律和特征,绝不一颗变星所能达到的,天文学家认为这种变化是一个另一个大质量的黑洞所引起,一个一亿倍太阳质量的黑洞围绕OJ 287公转,大约11-12年就会环绕一周,每次穿越大黑洞的吸积盘时就会产生两个狭窄的光度变化。
OJ 287双黑洞示意图
芬兰图尔拉天文台的毛里·瓦多宁和他团队的质量与轨道显示,伴星黑洞的轨道会因为引力波辐射而被衰减,根据这个衰减速度,预计在一万年后就会和OJ 287合并,这个距离35亿光年的两个超级黑洞合并,它产生的引力波估计各位去自己家里建个引力波天文台都能观测到。
NASA对OJ 287的研究
小黑洞穿过大黑洞吸积盘产生的光度变化观测很重要,2010年时的模型显示能预测未来1-3周内的耀斑,2018年时孟买塔塔基础研究学院的研究生Lankeswar Dey的一组研究人员发布了一种新模型,他们称这个模型可以预测四小时内两个黑洞即将爆发的耀斑。
根据这个模型,NASA的斯皮策空间望远镜在2019年7月31日对OJ 287的观测证明这个模型是正确的,这是2020年1月斯皮策望远镜退役前最重要的观测之一,此后我们将永远失去这一台建立不朽功勋的空间红外线望远镜。
斯皮策空间望远镜是NASA在2003年发射的一颗红外天文卫星,工作在3-180微米的红外线波段,以取代先前的红外线天文卫星(IRAS),2003年8月25日,斯皮策空间望远镜被德尔塔Ⅱ型火箭发射升空,运行在一条位于地球公转轨道后方、环绕太阳的轨道上,因此它能观测位于拉格让日点L3位置的天体。
尽管这个位置的天体的遥远天体不会被永久遮挡,但OJ 287最近一次耀斑发生时刚好处在太阳的后方,如果没有斯皮策望远镜,对这个新模型的验证将要延后十几年,不过非常幸运,斯皮策当时距离地球2.54亿千米,斯皮策对它持续了将近一个月的观测,取得了大量数据。
NASA收获颇丰的发现
对环绕OJ 287的小黑洞产生的耀斑观测,除了考虑轨道动力学以外,还需考虑相对论效应和引力波,因为OJ 287中的黑洞系统会产生足够强大引力波,其足以改变较小黑洞的轨道。通过纳入引力波和观测的数据,研究人员已经能预测1.5天内产生的耀斑。
此前假设的模型基于黑洞无毛定理,该推定假设黑洞“表面”是无特征而且对称的,但霍金对此提出了质疑,如果OJ 287的黑洞视界内质量分布不均,那么会导致小黑洞在公转时影响轨道和产生耀斑的间隔,但通过斯皮策空间望远镜的观测证明,小黑洞的轨道变化符合黑洞无毛定理。
芬兰图尔库大学天体物理学家毛里·瓦尔顿宁说:“对黑洞科学家来说,证明或证伪无毛定理非常重要。” “没有它,我们不能相信霍金和其他人所设想的黑洞是否存在!”
好消息是证明了无毛定理,坏消息是斯皮策空间望远镜真的不在了!