天文学刚刚给了我们另一个惊人的礼物:第一个观察确认之一关于预测。
对2015年首次引力波检测的分析,GW150914,已确认霍金的区域定理。它指出,在古典物理学下,事件视野的面积只能生长更大 - 从不小。
这项工作为我们提供了一个新的工具来探测这些神秘的对象,并测试我们对宇宙的理解的局限性。
“可能有一个不同紧凑的物体的动物园,虽然其中一些是遵循爱因斯坦和霍金定律的黑洞,但其他则可能是略有不同的野兽,”天体物理学家Maximiliano ISI说麻省理工学院的卡夫利天体物理学和太空研究研究所。
“因此,这并不像您一次进行此测试,它已经结束了。您做一次,这是开始。”
霍金(Hawking)于1971年首先提出了他的定理。它预测,黑洞的事件范围的表面积永远不会减少,而只能增加。
事件范围不是黑洞本身,而是真空中甚至光速的半径不足以从黑洞奇异性产生的重力场中实现逃逸速度。它与黑洞的质量成正比。由于黑洞只能增加质量,因此,事件视野只能增长。
(这种仅增加的模型也与另一种理论相似,这是。它指出,熵 - 从宇宙中从秩序到混乱的进展只能增加。黑洞也归因于它们,并且它是直接成比例的到他们的活动范围表面积。)
从数学上讲,该区域定理检查了,但是在观察上很难确认 - 主要是因为黑洞极难直接观察,因为它们没有发出可检测的辐射。但是随后,我们检测到通过两个神秘对象之间碰撞的时空传播的引力波动。
这是GW150914,简介布鲁普Ligo干涉仪记录的碰撞改变了一切。这是第一个直接检测一个黑洞,而是两个。他们聚在一起,形成一个更大的黑洞。
然后,这个黑洞像敲响的钟声一样微弱地持续。在2019年,ISI和他的同事们弄清楚了如何检测此响声的信号。现在,他们已经解码了它,将其分解以计算最终黑洞的质量和旋转。
他们还对合并信号进行了新的分析,以计算两个前黑洞的质量和自旋。由于质量和自旋与事件范围的面积有关,因此可以计算所有三个对象的事件视野。
如果事件范围的大小缩小,那么最终合并黑洞的事件范围应小于创建它的两个黑洞的事件范围。根据他们的计算,两个较小的黑洞的总事件地平线为235,000平方公里(91,000平方英里)。最后一个黑洞的面积为367,000平方公里。
“数据表明,合并后的地平线面积有所增加,并且该地区定律对极高的可能性感到满意,”ISI说。
“我们的结果确实与我们期望的范式一致,并确认了我们对这些复杂的黑洞合并的理解,这是一种解脱。”
至少在短期内。在量子力学下(与古典物理学不佳的效果不佳)后来预测,在很长的时间尺度上,黑洞应以一种黑色的辐射形式损失质量,我们现在称为鹰辐射。因此,黑洞的事件范围仍然有可能最终减少。
显然,将来需要更加仔细地检查。同时,ISI及其团队的工作为我们提供了一个新的工具集,以探测其他引力波观察,以期获得更多的见解,以了解黑洞和宇宙的物理。
“令人鼓舞的是,我们可以以新的,创新的方式来思考重力波数据,并提出我们以为我们以前做不到的问题。”ISI说。
“我们可以继续挑逗一些信息,直接与我们认为我们理解的支柱说话。有一天,这些数据可能会揭示我们没想到的东西。”
该研究已发表在物理评论信。