研究人员首次通过计算和模拟揭示了OJ 287星系神秘闪光的奥秘。
大约每隔12年发生两次，从35亿光年之外，万亿倍太阳亮度的光芒在夜空中闪烁，随后在几个月内逐渐消退，这是天文学家自19世纪80年代末以来一直在记录的一种现象，源于一个名为OJ 287的星系。40多年来，天文学家将这种奇特的周期性爆发行为归因于一对正处于碰撞过程中的特大质量黑洞。理论上，超大质量双黑洞系统预计很常见——但这是唯一一个拥有明确证据的系统。
像这样的超大质量双黑洞系统是理解星系如何合并和随时间增长的关键，最近发表在《天体物理学杂志通讯》上一篇论文首次提出了对OJ 287的模拟。加拿大理论天体物理研究所的肖恩·雷瑟勒是第一作者，清华大学天文系的李昕宇作为通讯作者和加拿大理论天体物理研究所的巴特·里珀达以及圆周理论物理研究所的卢西亚诺·康比共同个完成了这项工作。
超越"纸笔"估算
在OJ 287双黑洞系统中，主黑洞是已知最大的黑洞之一，质量约为太阳的180亿倍。它被一个向事件视界内坠落的气体盘所包围。次黑洞，质量仅为太阳的1.5亿倍，反复撞击这个气体盘，从而产生光爆。这个解释主要依赖于对黑洞如何与周围气体相互作用的简单"纸笔"估算。
与之前的估算不同，这项工作自洽地研究了气体盘如何对反复的碰撞作出反应、被抛射的气体如何与次黑洞相互作用，以及次黑洞如何扭曲和放大围绕气体盘的磁场以驱动外流。这些模拟考虑了极端引力、电动力学和流体动力学之间复杂的相互作用，以严格检验该模型是否能真正解释观测到的爆发。这是首次自洽地模拟了产生光线的、围绕双黑洞的气体。
基于模拟的图像和动画
该团队利用其模拟创建了动画，真正将OJ 287中心的系统生动地展现出来。
模拟基本上证实了次黑洞与气体盘碰撞能够产生足够能量来解释我们观测到的光爆这一观点。模拟还显示，碰撞会改变气体盘的结构，使其扭曲并产生向内坠落的瞬变螺旋图案。
与引力波的联系
由于这两个巨大黑洞周围的引力极其强大，它们也会引起时空的涟漪，称为引力波。虽然这最终将驱使它们发生全面碰撞，但这至少还要再等1万年。与此同时，一项通过监测一组脉冲星（称为脉冲星计时阵列）来探测这些涟漪的努力正在进行中，这些脉冲星就像宇宙时钟。随着下一代射电望远镜的出现，我们通过脉冲星计时阵列监测时空变化灵敏度将最终提高到足以探测到OJ 287系统发出的引力波。将从此类探测中获得的信息与监测光爆获得的信息结合起来，可能会在我们的引力、黑洞以及星系随时间如何增长的理解上带来重大突破。模拟对于类似系统的观测和理解将至关重要。
文章地址https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae11ab
