OJ 287 gilt als binäres Schwarzes-Loch-System mit einer langsam spiralförmigen Umlaufbahn, die durch Energieverlust durch Gravitationsstrahlung verursacht wird. Dieser Energieverlust wurde bereits 2008 bestätigt. Nachfolgende Messungen haben diese Orbitlösung bestätigt, zuletzt im Jahr 2023.
Bisher wurden die vom Doppelsternsystem ausgehenden Signale entweder mit dem ultramassiven primären Schwarzen Loch oder mit der es umgebenden Gasakkretionsscheibe in Verbindung gebracht.
Eine internationale Forschungsgruppe hat jedoch kürzlich neue Beweise für dieses System erhalten, indem sie Signale beobachtete, die direkt vom kleineren (sekundären) Schwarzen Loch ausgehen. Anhand dieser Beweise behaupten die Forscher, dass sie das sekundäre Schwarze Loch zum ersten Mal „sehen“ können, indem sie Messungen des polarisierten Lichts von OJ 287 verwenden.
Die Studie war veröffentlicht In Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe am 30. Okt.
Wissenschaftler wissen seit mehr als 50 Jahren, dass das Licht von OJ 287 polarisiert ist. Um dieses polarisierte Signal jedoch vollständig nutzen zu können, ist es erforderlich, seine zeitliche Variation zu überwachen.
Für die aktuelle Studie haben die Forscher die bislang umfassendste Polarisationsüberwachung durchgeführt, indem sie sieben Teleskope in den USA, Japan usw. mit spezieller Ausrüstung zur Messung der Polarisation eingesetzt haben.
„Wir haben eine allgemeine Regel gefunden, der OJ 287 folgt: Die Zunahme der gesamten optischen Emission führt zu einer Zunahme der Polarisation und umgekehrt“, sagte Prof. Alok C. Gupta, der jüngste PIFI-Gastwissenschaftler am Shanghai Astronomical Observatory der Chinesischen Akademie of Sciences, der Erstautor der Studie, sowie Professor am indischen Aryabhatta Research Institute of Observational Sciences.
Interessanterweise gibt es jedoch Zeiten, in denen diese Regel versagt. Modelle zeigen, dass die Ausfälle wahrscheinlich mit zwei überlappenden Signalen zusammenhängen, von denen eines vom primären Schwarzen Loch und das andere vom sekundären Schwarzen Loch kommt. Dieser Beweis für zwei getrennte Signale zeigt sich am deutlichsten in der Polarisation des Lichts, die voraussichtlich recht unterschiedlich sein wird, wenn zwei Quellen beitragen und nicht nur eine einzelne Quelle. Die allgemeine Regel der Polarisationsvariation wird im Zweisignalfall verletzt.
Da die beiden Schwarzen Löcher am Himmel so nahe beieinander liegen und nur etwa 10 Mikrobogensekunden voneinander entfernt sind, erscheinen sie zwangsläufig als ein einziger Lichtpunkt. „Nur wenn wir die Polarisation des Lichts nutzen, können wir einigermaßen sicher sein, dass tatsächlich zwei Quellen, zwei Schwarze Löcher, zum gesamten Lichtsignal beitragen“, sagte Prof. Gupta.
„Die Verstöße gegen die allgemeine Regel treten zu Zeiten auf, zu denen wir im Binärmodell erwarten, dass das sekundäre Schwarze Loch aktiv ist: Im Allgemeinen ist das Signal vom kleineren Sekundärloch nicht erkennbar. Die Aktivität des Sekundärlochs hängt mit seiner Annäherung an das Schwarze Loch zusammen.“ Primärscheibe aus Gas, die der Sekundärseite Materie zur Verfügung stellt, von der sie sich ernähren kann.
Die Speisung führt zu hellen Signalen, vom Radio bis zur Gammastrahlung. Die letztgenannten Signale wurden kürzlich zur Verifizierung des Umlaufbahnmodells verwendet.
„Jetzt bestätigen die Polarisationsdaten diese Interpretation. Daher sind wir zuversichtlich, dass es sich bei OJ 287 tatsächlich um ein ultramassereiches binäres Schwarzes-Loch-System handelt und die Signale beider Komponenten trotz ihrer Nähe zueinander am Himmel getrennt werden können“, sagte Prof. Gu Minfeng vom Shanghai Astronomical Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Mitautor der Studie.
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Alok C. Gupta et al., Quasi-simultane optische Fluss- und Polarisationsvariabilität des binären supermassiven Schwarzen Lochs Blazar OJ 287 von 2015 bis 2023: Erkennung einer Antikorrelation in der Fluss- und Polarisationsvariabilität, Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acfd2e