Этот квазар находится очень близко к видимой траектории движения Солнца по небесной сфере, если смотреть с Земли, где проводится большинство поисков астероидов и комет. Таким образом, его оптические фотометрические измерения охватывают уже более 100 лет. Тщательный анализ этих наблюдений показывает, что OJ 287 произвел квазипериодические оптические вспышки с интервалами примерно в 12 лет, начиная примерно с 1891 года.
Кроме того, тщательный анализ новых наборов данных показывает наличие двойных пиков в этих вспышках.Эти выводы побудили профессора Маури Валтонена из Университета Турку, Финляндия, и его сотрудников разработать модель, которая требует, чтобы квазар OJ287 содержал две черные дыры неравной массы. Их модель включает массивную черную дыру с аккреционным диском (диск из межзвездного материала, образованный материей, падающей на такие объекты, как черные дыры), в то время как сравнительно меньшая черная дыра вращается вокруг нее. Квазар OJ287 виден из-за медленной аккреции вещества, присутствующего в аккреционном диске, на самую большую черную дыру.
Кроме того, небольшая черная дыра проходит через аккреционный диск во время своей орбиты, что приводит к нагреву материала диска до очень высоких температур. Этот нагретый материал вытекает с обеих сторон аккреционного диска и сильно излучает неделями. Это вызывает пики яркости, а двойные пики возникают из-за эллиптичности орбиты, как показано на рисунке.Модель двойной черной дыры для OJ287 подразумевает, что орбита меньшей черной дыры должна вращаться, и это меняет место и время столкновения меньшей дыры с аккреционным диском.
Этот эффект возникает из общей теории относительности Эйнштейна, и его скорость прецессии зависит в основном от масс двух черных дыр и скорости вращения более массивной черной дыры. В 2010 году Валтонен и его сотрудники использовали восемь своевременных ярких вспышек OJ287, чтобы точно измерить скорость прецессии орбиты меньшей дыры. Этот анализ впервые выявил скорость вращения массивной черной дыры вместе с точными оценками масс двух черных дыр.
Это стало возможным, поскольку орбита меньшей черной дыры прецессирует под невероятными 39 градусами на индивидуальную орбиту. Общая релятивистская модель для OJ287 также предсказывала, что следующая вспышка может произойти примерно во время столетия ОТО, 25 ноября 2015 года, когда исполняется 100 лет Общей теории относительности Эйнштейна.Поэтому была начата наблюдательная кампания, чтобы поймать эту предсказанную вспышку. Предсказанная оптическая вспышка началась около 18 ноября 2015 г. и достигла максимальной яркости 4 декабря 2015 г. Именно время этой яркой вспышки позволило Валтонену и его коллегам напрямую измерить скорость вращения более массивной черной дыры до быть одной третью максимальной скорости вращения, разрешенной в общей теории относительности.
Другими словами, его параметр Керра точно измерен и равен 0,31, а его максимально допустимое значение в общей теории относительности равно единице. Для сравнения, параметр Керра последней черной дыры, связанный с первым в истории прямым обнаружением гравитационных волн, оценивается только как ниже 0,7.Наблюдения, приведшие к точному измерению вращения, были выполнены благодаря сотрудничеству ряда оптических телескопов в Японии, Южной Корее, Индии, Турции, Греции, Финляндии, Польше, Германии, Великобритании, Испании, США и Мексике. В исследовании, возглавляемом Сташеком Золя из Польши, приняли участие около 100 астрономов из этих стран.
Интересно, что среди ключевых участников были астрономы-любители, работающие с собственными телескопами. Команда Валтонена, которая разработала и внесла свой вклад в модель вращающейся двойной черной дыры, включает астрофизика-теоретика А. Гопакумара из TIFR, Индия, и итальянского рентгеновского астронома Стефано Чиприни, который получил и проанализировал рентгеновские данные.Возникновение предсказанной оптической вспышки OJ287 также позволило команде подтвердить потерю орбитальной энергии гравитационными волнами в пределах двух процентов от предсказания общей теории относительности. Это первое косвенное свидетельство существования массивной вращающейся двойной черной дыры, излучающей гравитационные волны.
Это обнадеживающие новости для усилий Pulsar Timing Array, которые в ближайшем будущем будут напрямую обнаруживать гравитационные волны от таких систем. Таким образом, нынешняя оптическая вспышка OJ287 вносит достойный вклад в празднование столетнего юбилея общей теории относительности и добавляет волнения от первого прямого наблюдения транзитного сигнала гравитационной волны с помощью LIGO.