预计2022年10月OJ 287星系爆发的缺席及其影响

左图:OJ 287及其环境的快速紫外图像，结合了560张单次曝光。右图:艺术家对OJ 287中心的看法，包括吸积盘、喷流和围绕主黑洞运行的第二个黑洞。Credit: S. Komossa et al.; NASA/JPL-Caltech

（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（by Max Planck Society）：由斯蒂芬妮·科莫萨(德国波恩MPIfR)领导的研究小组提出了关于OJ 287星系的新结果，这些结果是基于迄今为止用埃费尔斯堡望远镜和斯威夫特天文台等望远镜进行的最密集和最长的射电到高能观测。

研究结果倾向于星系中心的一对黑洞，主黑洞的质量较小，为1亿个太阳质量。几个悬而未决的谜团，包括最近OJ 287大爆发的明显缺席和主要爆发期间备受讨论的发射机制，都可以通过这种方式解决。

布拉扎尔星系拥有强大的长寿命相对论粒子射流，这些射流在其中心超大质量黑洞附近发射。

当两个星系碰撞合并时，超大质量的二元黑洞就形成了。这些双星非常令人感兴趣，因为它们在星系的演化和超大质量黑洞的增长中发挥了关键作用。此外，凝聚双星是宇宙中最大的引力波来源。未来的欧空局基石任务LISA(激光干涉仪空间天线)旨在直接探测引力波频谱中的这种波。对超大质量二元黑洞系统的搜索目前正在全面展开。

OJ 287是巨蟹座方向的一颗明亮的星星，距离我们大约50亿光年。它是容纳致密二元超大质量黑洞的最佳候选者之一。每11到12年重复一次的异常辐射爆发是OJ 287出名的原因。其中一些非常明亮，以至于OJ 287暂时成为天空中同类最亮的光源。它的反复爆发如此引人注目，以至于文献中提出并讨论了几种不同的二元模型来解释它们。

当系统中的第二个黑洞围绕另一个质量更大的黑洞运行时，它通过影响质量更大的黑洞的喷流或吸积盘，对系统的光输出施加半周期信号。

然而，到目前为止，还没有直接独立地确定黑洞的质量，而且没有一个模型能够在系统的观测活动中得到严格的测试，因为这些活动缺乏涉及许多不同频率辐射的宽带覆盖。

现在首次同时使用了多种X射线、紫外线和射电观测，以及光学和伽马射线波段。MOMO项目(“OJ 287的多波长观测和建模”)使新的发现成为可能，这是任何涉及X射线的blazar中密度最大、持续时间最长的多频监测项目之一，也是OJ 287有史以来密度最大的项目。

“OJ 287是一个优秀的实验室，用于研究最极端的天体物理环境之一中的物理过程:一两个超大质量黑洞附近的物质圆盘和喷射流，”马克斯·普朗克射电天文学研究所(MPIfR)的斯蒂芬妮·科莫萨说，他是这里介绍的两项研究的第一作者。“因此，我们发起了MOMO项目。它包括对OJ 287在超过14个频率上的高频率观测，从无线电到持续数年的高能量状态，再加上在多个地面和天基设施上发现blazar处于异常状态时的专门跟踪。”

一项研究发表在《皇家天文学会月报:快报》上，另一项发表在《天体物理学杂志》上。

“已经采集并分析了数千个数据集。这使得OJ 287脱颖而出，成为紫外-X射线-射电领域中监测最好的黑洞之一，”来自MPIfR的合著者Alex Kraus补充道。"埃费尔斯堡射电望远镜和太空任务雨燕在这个项目中发挥了核心作用."

Effelsberg望远镜提供大范围无线电频率的信息，而Neil Gehrels Swift天文台用于同时获得紫外线、光学和X射线数据。增加了费米伽马射线空间天文台的高能伽马射线数据，以及夏威夷Maunakea亚毫米波阵列的无线电数据。

由于其blazar性质，射流在OJ 287的电磁发射中占主导地位。喷流如此明亮，以至于它比来自吸积盘的辐射(落入黑洞的物质的辐射)还要亮，这使得人们很难不可能观察到来自吸积盘的发射，就像直接看着汽车前灯一样。

然而，由于大量的MOMO观测密集地覆盖了OJ 287的光输出(Swift几乎每隔一天进行一次新的观测)，因此发现了“深度衰落”。这是喷流发射迅速消失的时候，允许研究人员限制来自吸积盘的发射。

结果表明，黑洞周围的物质盘至少比以前认为的要暗10倍，亮度估计不超过2 x 1046 erg/s，相当于我们太阳亮度的5万亿倍(5 x 1012 Lʘ)。

使用的望远镜:德国的Effelsberg 100-m碟形望远镜和夏威夷的亚毫米阵列，此外还有伽马射线波段的费米望远镜和光学、紫外线和X射线波段的Neil Gehrels Swift天文台。Credit: NASA (Fermi & Swift satellite images), N. Junkes (Effelsberg), J. Weintroub (SMA)

OJ 287主黑洞的质量首次从束缚在黑洞中的气体物质的运动中获得。质量相当于我们太阳质量的1亿倍。“这个结果非常重要，因为质量是研究这个双星系统演化的模型中的一个关键参数:黑洞相距多远，它们合并的速度有多快，它们的引力波信号有多强？”美国北肯塔基大学的德克·格鲁普说，他是这两项研究的合著者。

“新的结果意味着，不再需要质量特别大的OJ 287黑洞，超过100亿个太阳质量；来自MPIfR的Thomas Krichbaum论文的合著者)补充道。结果更倾向于一个质量更适中的二元模型。

这项研究还解决了两个古老的难题:OJ 287著名的最近一次明亮爆发的明显缺乏，以及爆发背后的发射机制。MOMO的观测可以精确计算出最近一次爆发的时间。它没有像“巨大质量”模型预测的那样发生在2022年10月，而是发生在2016年至2017年，MOMO广泛覆盖了这些时间。此外，用Effelsberg 100-m望远镜进行的射电观测揭示，这些爆发在性质上是非热的，这意味着喷流过程是爆发的动力源。

MOMO的结果影响了正在进行的和未来的利用大型天文台，如视界望远镜和未来的SKA天文台，寻找其他双星系统的战略。它们可以实现OJ 287和类似系统中双星源的直接无线电探测和空间分辨率，以及未来对这些系统中引力波的探测。OJ 287将不再作为脉冲星计时阵列的目标，因为其衍生的黑洞质量相当于1亿个太阳质量，但将在未来的天基天文台范围内(合并后)。

斯蒂芬妮·科莫萨说:“我们的结果对二元超大质量黑洞系统及其演化的理论建模，对理解超大质量黑洞附近物质的吸积和喷射物理学，以及对一般二元系统的电磁识别都有很大的影响。”

MOMO(OJ 287的多波长观测和建模):该项目旨在了解blazar OJ 287的磁盘喷射物理学，测试双星黑洞模型，并了解致密双星系统的现状和演变。它成立于2015年，由对星系OJ 287从射电到高能区的专用高节奏、多年、多频观测组成。观察的频率高达每天一次。MOMO涵盖OJ 287的所有活动状态。在OJ 287的特殊状态下，将在其他地面和空间望远镜上进行后续观测，包括光学和X射线领域的深度光谱学。

Effelsberg天文台位于Bad Münstereifel-Effelsberg附近的Eifel山脉的一个山谷中，位于波恩西南约40公里处。它由波恩的马克斯·普朗克射电天文学研究所运营。100米射电望远镜是世界上最大的完全可控的单盘射电望远镜之一。它允许在300 MHz至90 GHz的较宽无线电频率范围内进行测量。

Neil Gehrels Swift天文台是一个基于空间的多波长天文台，致力于研究伽马射线爆发和辐射变化很大的各种其他天体物理物体。该卫星上有三台望远镜，测量光学、紫外线、X射线和伽马射线波段。雨燕是美国宇航局中型探测器(MIDEX)计划的一部分，于2004年发射到近地轨道。