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  • 引力波回声,证实霍金量子黑洞的假设,或与相对论预测截然不同

    引力波信号中的"回声"表明,黑洞的事件视界可能比科学家目前认为的要复杂得多。滑铁卢大学研究报告表示:首次试探性地探测到了这些引力波回声,这些引力波回声是由新形成黑洞周围的微观量子“fuzz”造成。引力波是时空结构中的涟漪,由空间中质量大、致密的天体的碰撞产生(如黑洞或中子星等)。滑铁卢大学物理学和天文学教授尼亚耶什·阿夫肖迪(Niayesh Afshordi)解释说:

    引力波回声,证实霍金量子黑洞的假设,或与相对论预测截然不同

    根据爱因斯坦的广义相对论,一旦黑洞通过一个被称为事件视界的不返回点,任何东西都无法逃脱其引力。这是科学家们很长一段时间以来的理解,直到史蒂芬·霍金利用量子力学预测量子粒子会慢慢从黑洞中“泄漏”出来,在学术上我们现在称之为霍金辐射。在探测到引力波之前,科学家们一直无法通过实验确定是否有物质逃离黑洞。如果霍金辐射的量子fuzz确实存在于黑洞周围,引力波可能会从其上反弹。

    引力波回声,证实霍金量子黑洞的假设,或与相对论预测截然不同

    这将在主要引力碰撞事件之后产生较小的引力波信号,类似于重复回声。德国马克斯·普朗克学会的阿夫肖迪和合著者贾赫德·阿贝迪报告了这些重复回声的初步发现:提供了实验证据,表明黑洞可能与爱因斯坦的相对论预测截然不同,没有事件视界。研究使用了LIGO/Virgo引力波探测器记录中子星碰撞第一次观测到的引力波数据。观测到的引力波回声与黑洞模型预测的模拟回声相匹配,黑洞模型解释了量子力学和霍金辐射的影响。

    引力波回声,证实霍金量子黑洞的假设,或与相对论预测截然不同

    其研究结果仍然是试探性的,因为看到的东西是由探测器中随机噪音造成的可能性很小,但随着发现更多的例子,这种可能性变得更小了。既然科学家知道了正在寻找的是什么,就可以寻找更多的例子,并对这些信号有更有力的确认。这样的确认将是第一次直接探测时空的量子结构。其发表在《宇宙学与天体物理学》期刊上,并获得了布克特宇宙学奖一等奖。首次直接观测到双星中子星(BNS)合并是多信使天文学的分水岭时刻。

    引力波回声,证实霍金量子黑洞的假设,或与相对论预测截然不同

    然而,来自GW170817的引力波只在双星中子星合并之前被观测到,但电磁观测都是在合并事件之后进行的。虽然在广义相对论中合并后的引力波信号太微弱(给定电流探测器的灵敏度),但在本研究首次试探性地探测到合并后引力波“回声”来自高速旋转的“黑洞”残余物。回声可能在用奇异的普朗克尺度结构,取代事件视界不同量子黑洞模型中得到预期,并在双星黑洞合并事件中找到了初步证据。回声频率被log M(以普朗克单位表示)抑制的事实使其正好处于LIGO灵敏度窗口。

    引力波回声,证实霍金量子黑洞的假设,或与相对论预测截然不同

    所以能够通过在频率/时间上互相关联两个检测器来构建与模型无关的最佳搜索策略。研究发现在双星中子星合并大约1.0秒后,在回声信号72 Hz处初步探测到回声,这与2.6M-2.7M⊙“黑洞”残骸的无量纲自旋为0.84-0.87时一致。考虑到所有“寻找别处”的影响,发现显著性为4.2σ,或虚警概率为1.6×10^−5,即在合并后的预期频率/时间窗口内,在3天内找不到超过4次的类似互相关。如果得到证实,这一发现将对量子黑洞物理学和双中子星合并的天体物理学产生重大影响。

    引力波回声,证实霍金量子黑洞的假设,或与相对论预测截然不同

    博科园|研究/来自:滑铁卢大学

    参考期刊《宇宙学与天体物理学》

    DOI: 10.1088/1475-7516/2019/11/010

    博科园|科学、科技、科研、科普

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