喷气推进实验室 这张照片显示了OJ 287星系中的两个巨大黑洞
较小的黑洞围绕着较大的黑洞运行，较大的黑洞也被一个气体圆盘包围着
当较小的黑洞穿过圆盘时，它会产生一个比1万亿颗恒星还要亮的耀斑
信用:美国航天局/JPL-加州理工学院 黑洞在空间中不是静止的；事实上，他们的活动非常活跃
但是因为它们是完全黑暗的，不能被直接观察到，所以不容易研究
科学家们终于找到了两个巨大黑洞之间复杂舞蹈的精确时间，揭示了这些神秘宇宙物体物理特征的隐藏细节
OJ 287星系是迄今为止发现的最大黑洞之一，其质量是我们太阳的180亿倍
围绕这个庞然大物运行的是另一个黑洞，其质量约为太阳的1.5亿倍
每12年，较小的黑洞会两次穿过围绕其较大伙伴的巨大气体圆盘，产生一束比一万亿颗恒星还要亮的光——甚至比整个银河系还要亮
光需要3分钟
到达地球需要50亿年
但是较小黑洞的轨道是长方形的，而不是圆形的，并且是不规则的:它随着围绕较大黑洞的每个环而改变位置，并且相对于气体圆盘倾斜
当较小的黑洞穿过圆盘时，它会产生两个膨胀的热气泡，以相反的方向离开圆盘，在不到48小时的时间里，系统的亮度似乎增加了四倍
由于轨道不规则，在每个12年的轨道中，黑洞在不同的时间与圆盘碰撞
有时耀斑出现的间隔只有一年；其他时间，相隔10年
模拟轨道和预测耀斑何时发生的尝试花了几十年时间，但在2010年，科学家们创建了一个模型，可以预测耀斑在大约一至三周内发生
他们通过预测2015年12月在三周内出现耀斑来证明他们的模型是正确的
然后，在2018年，由印度孟买塔塔基础研究所的研究生兰克斯瓦尔·戴领导的一组科学家发表了一篇论文，他们声称能够在4小时内预测未来耀斑的时间，该论文的模型更加详细
在发表在《天体物理学杂志快报》上的一项新研究中，这些科学家报告说，他们对2019年7月31日发生的耀斑的准确预测证实了该模型的正确性
对耀斑观察几乎没有发生
因为OJ 287在地球的另一边，在地面和地球轨道上所有望远镜的视野之外，黑洞直到9月初才回到那些望远镜的视野中，在耀斑消失很久之后
但该系统在美国宇航局斯皮策太空望远镜的视野之内，该机构于2020年1月退役
经过16年的运行，飞船的轨道距离地球1.58亿英里(2.54亿公里)，是地球和月球距离的600多倍
从这个有利位置，斯皮策可以从7月31日(预计耀斑出现的同一天)到9月初观察该系统，届时OJ 287将可以被地球上的望远镜观察到
“当我第一次检查OJ 287的能见度时，我震惊地发现，就在预计下一次耀斑发生的那一天，斯皮策看到了它，”加州帕萨迪纳加州理工学院/IPAC分校的助理科学家赛普·莱恩说，他负责监督斯皮策对该系统的观察
“非常幸运的是，我们能够用斯皮策捕捉到这次耀斑的顶峰，因为没有其他人造仪器能够在那个特定的时间点实现这一壮举
" 空间的涟漪 科学家们定期对太阳系中小天体的轨道进行建模，比如环绕太阳的彗星，同时考虑到对其运动影响最大的因素
对于这颗彗星来说，太阳的引力通常是主导力量，但是附近行星的引力也可以改变它的路径
OJ 287星系是迄今为止发现的最大黑洞之一，其质量是我们太阳的180亿倍
围绕这个庞然大物运行的是另一个巨大的黑洞
每12年，较小的黑洞会两次穿过围绕其较大伴星的巨大气体圆盘，产生比一万亿颗恒星还要亮的闪光
学分:喷气推进实验室 确定两个巨大黑洞的运动要复杂得多
科学家必须考虑可能不会明显影响较小物体的因素；其中最主要的是一种叫做引力波的东西
爱因斯坦的广义相对论将引力描述为物体质量引起的空间扭曲
当一个物体在空间中运动时，扭曲会变成波浪
爱因斯坦在1916年预言了引力波的存在，但是直到2015年激光干涉仪引力波观测站(LIGO)才直接观测到引力波
一个物体的质量越大，它产生的引力波越大，能量越大
在OJ 287系统中，科学家们预计引力波会非常大，以至于它们可以从系统中带走足够的能量，从而可以测量地改变较小黑洞的轨道——从而改变耀斑的时间
虽然之前对OJ 287的研究已经考虑了引力波，但2018年的模型是迄今为止最详细的
通过结合从LIGO引力波探测中收集的信息，它细化了耀斑预计仅发生1.5天的窗口
为了进一步将耀斑的预测精确到仅仅四个小时，科学家们将关于更大黑洞的物理特征的细节合并在一起
具体来说，新模型结合了黑洞的“无毛”定理
该定理由包括斯蒂芬·霍金在内的一群物理学家在20世纪60年代发表，它预测了黑洞“表面”的性质
“虽然黑洞没有真正的表面，但科学家们知道它们周围有一个边界，超过这个边界，任何东西——甚至光——都无法逃脱
一些观点认为，被称为事件视界的外缘可能是凹凸不平或不规则的，但无毛发定理认为“表面”没有这样的特征，甚至连毛发都没有(该定理的名字是个笑话)
换句话说，如果一个人沿着黑洞的旋转轴从中间切开黑洞，表面将是对称的
(地球的旋转轴几乎与它的北极和南极完全对齐
如果你沿着这条轴线把行星切成两半，并比较两半，你会发现我们的行星大部分是对称的，尽管像海洋和山脉这样的特征会在两半之间产生一些微小的变化
) 寻找对称 在20世纪70年代，加州理工学院荣誉退休教授基普·索恩描述了这种情况——一颗卫星围绕一个巨大的黑洞运行——可能揭示黑洞表面是光滑的还是凹凸不平的
通过如此精确地正确预测较小黑洞的轨道，新模型支持无毛定理，这意味着我们对这些难以置信的奇怪宇宙物体的基本理解是正确的
换句话说，OJ 287系统支持黑洞表面沿其旋转轴对称的观点
那么大质量黑洞表面的光滑度如何影响较小黑洞的轨道时间呢？该轨道主要由较大黑洞的质量决定
如果它变得更大或减轻了一些重量，那将改变较小黑洞的轨道大小
但是质量的分布也很重要
较大黑洞一侧的巨大凸起会扭曲其周围的空间，这与黑洞对称的情况不同
这将改变较小黑洞围绕其伴星运行的路径，并可测量地改变黑洞在特定轨道上与圆盘碰撞的时间
“对黑洞科学家来说，证明或否定无毛定理是很重要的
没有它，我们根本不能相信霍金和其他人设想的黑洞是存在的，”芬兰图尔库大学的天体物理学家、该论文的合著者毛里·瓦通恩说
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