黑洞事件視界的實驗測試

德克薩斯大學奧斯汀分校和哈佛大學的天文學家對黑洞基本原理進行了測試，證實物質被吸入時會完全消失。這一結果是愛因斯坦廣義相對論測試的另一部分。該研究已發表在皇家天文學會月報上。

大部分科學家認為黑洞這種具有強大引力以至於沒什麼能逃脫其魔爪的宇宙天體被所謂的事件視界所環繞。一旦物質或者能量距離黑洞足夠近，就無法逃離而是會被吸入。雖然大家都這麼認為，但事件視界的存在尚未被證明。

德克薩斯大學奧斯汀分校天體物理學教授Pawan Kumar說道：「我們的重點是將事件視界這種想法變成實驗科學，看到底事件視界是否真的存在。」

通常認為大部分星系中心均存在特大質量黑洞。但某些理論表明那裡還有黑洞之外的東西，是一種被事件邊界環繞的更奇怪的特大質量物體，這種物體不知道怎麼避免了引力坍縮為奇點。這一想法是基於廣義相對論的改進理論。

credit: 煎蛋畫師點叄

由於奇點沒有表面積，這種未坍縮的物體將具有硬表面。因此那些被拉近的材料，比如恆星，將不會實際地落入黑洞中，而是撞擊到這種硬表面上並被摧毀。

Kumar、他的研究生Wenbin Lu以及哈佛史密森尼天體物理中心的理論家Ramesh Narayan提出了一種測試來確定哪種想法才是正確的。

Kumar說道：「我們的目的並沒有確認硬表面存在那麼遠大，而是推進知識前沿，發現確實存在環繞黑洞的事件視界的確鑿證據。」

該團隊計算出當恆星撞擊附近星系中心的特大質量物體硬表面時，望遠鏡能看到的景象：恆星的氣體將會包裹整個物體，閃爍幾個月，甚至幾年。

一旦知道了要尋找的是什麼，團隊就計算出了在鄰近宇宙中這種場景的發生頻率，如果硬表面理論是真的話。

Lu說道：「我們估計了恆星落入特大質量黑洞中的比率。幾乎每個星系都有一個(特大質量黑洞)。我們只考慮質量最大的，也就是重逾1億太陽質量的那些。在距離地球幾十億光年內，大約存在1百萬個這種滿足要求的黑洞。」

研究者隨後搜索了近期的望遠鏡觀測檔案。夏威夷的1.8米望遠鏡Pan-STARRS近期完成了一項觀察半個北半球天空的項目。在3.5年的期間內，該望遠鏡不斷重複掃描該區域，尋找「瞬變」——短暫發光然後黯淡的事物。他們的目標是尋找恆星落入特大質量物體並撞擊硬表面的期望光特徵瞬變。

Lu說道：「在給定落入黑洞的恆星比例和鄰近宇宙黑洞數量密度的條件下，我們計算出Pan-STARRS在3.5年的觀測中應當觀察到這種瞬變的次數。結果是如果硬表面理論是真的，應該能檢測到10次以上。」

他們什麼都沒有找到。

Narayan說道：「我們的研究意味著某些黑洞，也可能是所有黑洞，都具有事件視界。並且材料在被這種其他物體吸入時，是真的會從可觀測宇宙中消失，正如幾十年來我們認為的那樣。廣義相對論又經受住了一次決定性試驗。」

現在該團隊提出利用更大的望遠鏡進行改進試驗：正在智利建造的8.4米大型巡天望遠鏡LSST。與Pan-STARRS類似，LSST將會不斷對天空進行巡視，以更高的靈敏度發現瞬變事件。

本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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