@ 2017.06.05 , 16:00

黑洞事件视界的实验测试

德克萨斯大学奥斯汀分校和哈佛大学的天文学家对黑洞基本原理进行了测试,证实物质被吸入时会完全消失。这一结果是爱因斯坦广义相对论测试的另一部分。该研究已发表在皇家天文学会月报上。

大部分科学家认为黑洞这种具有强大引力以至于没什么能逃脱其魔爪的宇宙天体被所谓的事件视界所环绕。一旦物质或者能量距离黑洞足够近,就无法逃离而是会被吸入。虽然大家都这么认为,但事件视界的存在尚未被证明。

德克萨斯大学奥斯汀分校天体物理学教授Pawan Kumar说道:“我们的重点是将事件视界这种想法变成实验科学,看到底事件视界是否真的存在。”

通常认为大部分星系中心均存在特大质量黑洞。但某些理论物理学家提出,在那里的不是黑洞,而是另一种更奇怪的超大质量物体,那种物体以某种方式避免了自身引力坍缩为事件视界环绕的奇点。这一想法是基于广义相对论的修改理论。

黑洞事件视界的实验测试
credit: 煎蛋画师點叁

奇点没有表面,但这种未坍缩的物体具有硬表面。因此那些被拉近的材料,比如恒星,将不会实际地落入黑洞中,而是撞击到这种硬表面上并被摧毁。

Kumar、他的研究生Wenbin Lu以及哈佛史密森尼天体物理中心的理论家Ramesh Narayan提出了一种测试来确定哪种想法才是正确的。

Kumar说道:“我们的目的并没有确认硬表面存在那么远大,而是推进知识前沿,发现确实存在环绕黑洞的事件视界的确凿证据。”

该团队计算出当恒星撞击附近星系中心的特大质量物体硬表面时,望远镜能看到的景象:恒星的气体将会包裹整个物体,发亮几个月,甚至几年。

一旦知道了要寻找的是什么,团队就计算出了在邻近宇宙中这种场景的发生频率,如果硬表面理论是真的话。

Lu说道:“我们估计了恒星落入特大质量黑洞中的频率。几乎每个星系都有一个(特大质量黑洞)。我们只考虑质量最大的,也就是重逾1亿太阳质量的那些。在距离地球几十亿光年内,大约存在1百万个这种满足要求的黑洞。”

研究者随后搜索了近期的望远镜观测档案。夏威夷的1.8米望远镜Pan-STARRS近期完成了一项观察半个北半球天空的项目。在3.5年的期间内,该望远镜不断重复扫描该区域,寻找“瞬变源”——短暂发光然后黯淡的事物。他们的目标是寻找恒星落入特大质量物体并撞击硬表面的期望光特征瞬变源。

Lu说道:“在给定落入黑洞的恒星频率和邻近宇宙黑洞数量密度的条件下,我们计算出Pan-STARRS在3.5年的观测中应当观察到这种瞬变源的个数。结果是如果硬表面理论是真的,应该能检测到10次以上。”

他们什么都没有找到。

Narayan说道:“我们的研究意味着某些黑洞,也可能是所有黑洞,都具有事件视界。并且材料在被这种其他物体吸入时,是真的会从可观测宇宙中消失,正如几十年来我们认为的那样。广义相对论又经受住了一次决定性试验。”

现在该团队提出利用更大的望远镜进行改进试验:正在智利建造的8.4米大型综合巡天望远镜LSST。与Pan-STARRS类似,LSST将会不断对天空进行巡视,以更高的灵敏度发现瞬变事件。

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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