研究探测到黑洞回音 霍金对了?

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【大纪元2020年02月07日讯】(大纪元记者笛睿编译)爱因斯坦引力理论构想的黑洞是一种边界光滑的、吞噬一切的神秘天体。然而近期一份研究通过对两个中子星相撞的引力波数据分析,称探测到了引力波回音,形容撞击产生的黑洞“就像一个鸣钟一样放出引力波回音”。由此推测,这个对撞衍生的黑洞边缘是不光滑的,而且是某种更加神秘的量子结构。

探测到引力波回音?说明边界不光滑

爱因斯坦引力理论认为黑洞是一个无限压缩的奇点,周围是一圈被称为“事件视界”的区域,光线、能量和所有的物质进入这个边界便无法逃逸,并认为这个神秘的事件视界是一种“光滑”的结构。在这份研究之前所有的数据都支持这个模型。

上世纪70年代,物理学家霍金(Stephen Hawking)在几篇论文中都提到,他认为黑洞视界不应该是光滑的,而是有些毛糙的,存在某些“量子力学”相关的现象,导致某些物质——被称为“霍金辐射”的物质是可以逃逸的。

自那之后,一些科学家随之构想了几个稍微不一样的黑洞模型,将事件视界描述为一种脆弱一些、毛糙一些的外膜结构。

近期一些物理学家最新理论认为,新生成的黑洞周围的边界特别的毛糙——以至于足够反射引力波,因此,如果这个理论成立,黑洞在其生成阶段的引力波数据中应该存在引力波的回声信号。

近期这份发表在《宇宙学和天体物理学》(Cosmology and Astroparticle Physics)上的研究,通过梳理2017年科学家探测到的两颗中子星对撞产生的引力波数据,研究者称他们发现了引力波的回声信号——这正是其事件视界不光滑的证据,打破了爱因斯坦万有引力定律假设的较为简单的黑洞模型。

这份研究的作者形容这两个中子星对撞形成的黑洞在开始的时候,“就像一个在回音的鸣钟”一样。

什么神奇的结构才能紧挨黑洞边界而存在?

研究者之一加拿大滑铁卢大学(University of Waterloo)的阿夫索迪(Niayesh Afshordi)说,如果这些信号的确是回音,它们一定是来自黑洞周围毛糙的量子物质。

阿夫索迪向Live Science解释说:“按照爱因斯坦相对论,尽管围绕黑洞旋转的物质是存在的,但是它们离黑洞有较大的距离,任何较近的物质都会被黑洞吸收。”

因此,黑洞附近不应该有任何能够反射引力波的物质。有些黑洞周围自带一圈围绕黑洞旋转的盘状物,但是它们与黑洞的事件视界之间有一圈完全空白的地带。

“然而从我们观察到的回音延迟来看,只能用紧挨黑洞事件视界的外围存在某种量子结构才能解释得通。”阿夫索迪说。

同行的看法

没有参与这份研究的天体物理学家美国维拉诺瓦大学(Villanova University)的尼尔森(Joey Neilsen)说,这份研究在不止一个引力波探测仪上都发现了引力波回声,这样的结果令人震惊;但同时他认为,这份研究的数据不够完整,他还不敢说百分百信服。

MIT的天体物理学家伊西(Maximiliano Isi)对这项研究表示怀疑。他对Live Science说,好几份对相同数据进行的其它研究,都没能得出这样的结果。

阿夫索迪说,他们这份研究敏感度比之前的研究高很多,可以探测到很微弱的回音波,并表示他们的数据出错的几率是十万分之二。

尼尔森还说,如果的确存在引力波的回音,接下来的问题更有趣:中子星合并后是直接变成黑洞,还是先产生一个维持时间很短暂的某种过渡天体?◇

责任编辑:朱涵儒

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