[논문 리뷰] The 2005 - 2010 multiwavelength campaign of OJ287

M. J. Valtonen, Aimo Sillanpää|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 15.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 2005–2010년 동안 수행된 다파장 캠프에 기반하여 OJ287 블랙홀자기의 이중 블랙홀 성질을 정밀한 폭발 시기와 스펙트럼 특성으로 확인한다. 2005년 10월과 2007년 9월의 관측된 적외선 폭발은 일반 상대성 이론의 전진에 기반한 예측과 일치하며, 브레머스트라할루션 복사와 투명한 방출을 보이며, 2차 Post-Newtonian 순서에서 모델을 검증하고, q ≈ 1인 시험 매개변수를 통해 no-hair 정리가 확인된다.

ABSTRACT

The light curve of quasar OJ287 extends from 1891 up today without major gaps. This is partly due to extensive studies of historical plate archives by Rene Hudec and associates, and partly due to several observing campaigns in recent times. Here we summarize the results of the 2005 - 2010 observing campaign, in which several hundred scientists and amateur astronomers took part. The main results are the following: (1) The 2005 October optical outburst came at the expected time, thus confirming the General Relativistic precession in the binary black hole system. At the same time, this result disproved the model of a single black hole system with accretion disk oscillations, as well as several toy models of binaries without relativistic precession. (2) The nature of the radiation of the 2005 October outburst was expected to be bremsstrahlung from hot gas at a temperature of 3 10^5 degrees K. This was confirmed by combined ground based and ultraviolet observations using the XMM-Newton X-ray telescope. (3) A secondary outburst of the same nature was expected at 2007 September 13. Within the accuracy of the observations (about 6 hours), it started at the correct time. Due to the bremsstrahlung nature of the outburst, the radiation was unpolarized, as expected. (4) Further synchrotron outbursts were expected following the two bremsstrahlung outbursts. They came as scheduled between 2007 October and 2009 December. (5) Due to the effect of the secondary on the overall direction of the jet, the parsec scale jet is expected to rotate in the sky by a large angle, which has been confirmed. The OJ287 binary black hole system is currently our best laboratory for testing theories of gravitation. Using OJ287, the correctness of General Relativity has now been demonstrated up to the second Post-Newtonian order, higher than has been possible using binary pulsars.

연구 동기 및 목표

• OJ287의 이중 블랙홀 모델이 경쟁적인 단일 블랙홀 및 비상대론적 이중 블랙홀 모델에 비해 검증 가능한지 테스트하기 위해.
• 광학적 폭발 시기 관측을 통해 일반 상대성 이론의 전진 예측을 검증하기 위해.
• 다파장 및 편광 데이터를 통해 폭발의 복사 메커니즘을 규명하기 위해.
• 오비탈 역학을 통해 일반 상대성 이론의 고차항 Post-Newtonian 항과 no-hair 정리를 시험하기 위해.

제안 방법

• 역사적 광선 곡선로 제약된 궤도 해법을 사용하여 상대론적 전진이 있는 이중 블랙홀로 시스템을 모델링한다.
• 12년 주기와 상대론적 전진에 기반한 폭발 시기를 예측하며, 시간 정밀도가 시급 단위에 이르게 한다.
• 다파장 데이터(광학, 자외선, X선, 전파)를 분석하여 스펙트럼 및 편광 특성을 통해 복사 메커니즘을 규명한다.
• XMM-Newton X선 관측을 통해 2005년 폭발 기간 동안 약 ~3×10⁵ K에서 브레머스트라할루션 복사가 확인된다.
• 운동 방정식에 시험 매개변수 q를 적용하여 일반 상대성 이론에서의 편차를 평가하며, q=1은 일반 상대성 이론에서 성립한다.
• 해결된 파섹 규모의 전파 제트 데이터를 사용하여 제트 방향 및 디스크-와이브 동역학을 제약한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2005년 10월 폭발은 일반 상대성 이론의 전진 모델에 의해 예측된 시간에 발생했는가, 아니면 다른 모델은 1년의 지연을 예측할 것인가?
• RQ2 2005년 폭발의 복사는 편광되었는가 아니면 투명한가, 이는 브레머스트라할루션 또는 싱크로트론 기원을 지지하는가?
• RQ3 2007년 9월 폭발의 시기는 일일 이하 정밀도로 예측 가능했는가, 그리고 이는 전진하는 이중 블랙홀 모델과 일치하는가?
• RQ4 2007년에서 2009년 사이의 관측된 싱크로트론 폭발이 브레머스트라할루션 사건 이후 예측된 순서를 따르는가?
• RQ5 오비탈 해법에서 시험 매개변수 q의 값은 얼마이며, 이는 2차 Post-Newtonian 순서에서 일반 상대성 이론을 확인하는가?

주요 결과

• 2005년 10월 폭발은 예측된 시간에 일주일 이내로 발생하여 일반 상대성 이론의 전진을 확인하고, 전진하지 않는 이중 블랙홀 및 디스크 진동이 있는 단일 블랙홀 모델을 배제한다.
• 2005년 폭발은 약 ~3×10⁵ K에서 브레머스트라할루션 복사와 일치하는 투명한 복사를 보였으며, XMM-Newton X선 관측으로 확인되었다.
• 2007년 9월 13일 폭발은 예측된 시간에 6시간 이내로 시작되어 하일리의 코메트 예측 수준의 정밀도로 전진하는 이중 블랙홀 모델과 일치한다.
• 2007년 10월에서 2009년 12월 사이에 관측된 후속 싱크로트론 폭발은 계획된 대로 나타나 모델의 예측 능력을 뒷받침한다.
• 파섹 규모 제트는 2009년까지 측정 가능한 각도 변화를 보였으며, 이는 보조 블랙홀의 원환형 디스크에 의한 교란과 일치한다.
• no-hair 정리를 위한 시험 매개변수 q는 정 pic 최고점에 도달하여 q=1을 보였으며, q=0(스핀-오비탈 결합 없음) 및 q=2(물질체)는 4σ 수준에서 배제되었고, 이는 1.5PN 이상의 순서에서 일반 상대성 이론을 확인한다.