从黑洞的阴影和碰撞中检验爱因斯坦的广义相对论 _黑洞

从黑洞的阴影和碰撞中检验爱因斯坦的广义相对论
（）据cnBeta：广义相对论，即爱因斯坦的引力理论，在其最极端的情况下得到了最好的检验，那就是接近黑洞的事件视界，通过观察超大质量黑洞的阴影和引力波，探测来自恒星质量黑洞碰撞的宇宙结构中的涟漪。来自ARC引力波发现卓越中心（OzGrav）、事件地平线望远镜（EHT）和LIGO科学合作组织的科学家们首次概述了一种一致的方法来探索这两种不同观测结果与爱因斯坦广义相对论的偏差。
这项研究发表在《物理评论D》上，证实了爱因斯坦的理论准确地描述了目前对黑洞的观测，无论是从最小还是到最大的。
广义相对论的标志性预测之一是黑洞的存在。该理论提供了关于黑洞对时空结构影响的具体描述：一个四维网，它编码了物体如何在空间和时间中移动。这一预测被称为克尔公制，它与光在黑洞周围的弯曲或二元黑洞的轨道运动有关。在这项研究中，克尔公制的偏离与这些黑洞观测中的特征有关。
2019年，Event Horizon望远镜产生了星系M87中心的黑洞的剪影图像，其质量是我们太阳的几十亿倍。阴影的角度大小与黑洞的质量、它与地球的距离以及与广义相对论预测的可能偏差有关。这些偏差可以从科学数据中计算出来，包括以前对黑洞的质量和距离的测量。
同时，自2015年以来， LIGO和Virgo引力波观测站一直在探测来自合并的恒星质量黑洞的引力波。通过测量来自碰撞黑洞的引力波，科学家可以探索黑洞的神秘性质和度量。这项研究的重点是广义相对论的偏差，这些偏差在两个黑洞碰撞和合并之前，以引力波的间距和强度的轻微变化出现。
结合对M87中超大质量黑洞阴影的测量和来自几个双胞胎黑洞探测的引力波（称为GW170608和GW190924），研究人员没有发现偏离广义相对论的证据。该研究的共同作者和OzGrav研究助理Ethan Payne（澳大利亚国立大学）解释说，这两项测量提供了类似的、一致的约束。“不同大小的黑洞可能有助于打破所看到的EHT和LIGO/Virgo观测之间的互补行为，”Payne说。“这项研究为未来测量克尔公制的偏差奠定了基础。”
相关报道：最新研究：“奇异致密天体”可能颠覆广义相对论
（）据新浪科技（叶倾城）：科学家最新研究表明“奇异致密天体”可能会打破物理学传统定律。在宇宙深处，奇特的类黑洞天体可能存在，它们能够重新定义我们所知的物理学定律，最新研究推测称，在未来几年内，地球陆基引力波观测站可能发现这些假设的奇异天体，它们被称为“奇异致密天体” 。
美国激光干涉引力波天文台（LIGO）和欧洲室女座引力波天文台（Virgo）是为了捕捉黑洞和中子星等大质量天体碰撞时产生时空辐射涟漪而建造的，然而，科学家在观测过程中却获得了意想不到的发现。
巴西圣保罗联邦大学物理学博士生路伊斯·朗格说：“我们无法简单臆测天体所在位置区域，多年以来，研究人员一直猜想奇异致密天体存在的可能性，并试图能否使用引力波探测器探测到它。”
奇异致密天体包括各种不同的理论天体，其中一种可能性是引力星，它看起来与普通黑洞十分类似，但会充满暗能量，暗能量是一种导致宇宙加速膨胀的神秘物质。另一种可能潜伏在宇宙中的致密天体是“毛毛球结构”，它是弦理论中单维度类似黑洞的结状天体，目前弦理论试图统一和取代科学家已认可的物理理论。
朗格称，与黑洞不同的是，奇异致密天体不会存在叫做事件视界的区域，依据著名科学家爱因斯坦的相对论，事件视界是一个环绕黑洞的球体区域，超越这个球体区域，任何物质的太空旅行都变成单向，物质可以滑入事件视界，但没有任何事物能从事件视界中逃逸出来，甚至光线都不能。
但是科学家知道未来有一天爱因斯坦的相对论将被推翻，尽管相对论在描述引力和大质量宇宙天体方面非常成功，但它对亚原子粒子行为却无法干预，为此，物理学家开始转向量子力学，进行深入研究分析。
人们希望最终能有一个取代相对论的量子力学理论，奇异致密天体类似于黑洞，但缺少事件视界，目前这项最新研究将提供重要信息，来构建这个未来理论。
朗格说：“这项最新研究结果将与爱因斯坦的广义相对论产生分歧，因为它不会给出广义相对论的一个关键性预测，这里指的是事件视界，从这个意义上讲，我们是在检验爱因斯坦的万有引力理论。当两个黑洞碰撞发生合并时，它们互相旋转，扭曲时空并发出引力波，事件视界会防止额外的引力波向外逃逸。”
但由于奇异致密天体缺乏事件视界，一些引力波可能会向内落入奇异致密天体中心，然后开始反弹，产生向外泄漏的引力回声。朗格补充称，这些引力回声对于激光干涉引力波天文台和室女座引力波天文台而言太微弱，目前还无法探测到，但目前这些设备正在进行技术升级，以提高其勘测灵敏度，日本的神冈引力波探测器（KAGRA）现已加入该行列，并于2020年投入使用。
朗格和同事计算显示，在引力波探测器的下一次观测运行中（计划于2022年夏季开始），激光干涉引力波天文台及其同类设备的灵敏度完全可以接收到来自1-2个奇异致密天体的信号（如果奇异致密天体真实存在的话）。4月19日，朗格在4月份召开的美国物理学会上公布了这项最新研究报告。
其他研究人员也迫切想知道这种情况是否会在不久的将来发生，葡萄牙里斯本理工大学物理学家维托尔·卡多苏表示，现在看来，这就像是一部科幻小说，它很快就会从科幻小说变成大家公认的科学事实！
如果奇异致密天体不仅仅是一种推测，卡多苏一定会很兴奋，他说：“我们讨厌看到无聊的科学，我们希望证实一些富有挑战性的科学推测。”
然而，他补充指出，即使激光干涉引力波天文台探测到引力回声，科学界也可能需要很长时间才能证实这些假设理论。如果引力天文台能发现一些关于奇异致密天体的证据，朗格也会非常欣喜，他说：“这将是颠覆广义相对论的第一个迹象，这也将是一个巨大的科学突破，令人感到兴奋！”
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巴西圣保罗联邦大学物理学博士生路伊斯·朗格说：“我们无法简单臆测天体所在位置区域，多年以来，研究人员一直猜想奇异致密天体存在的可能性，并试图能否使用引力波探测器探测到它。”
奇异致密天体包括各种不同的理论天体，其中一种可能性是引力星，它看起来与普通黑洞十分类似，但会充满暗能量，暗能量是一种导致宇宙加速膨胀的神秘物质。另一种可能潜伏在宇宙中的致密天体是“毛毛球结构”，它是弦理论中单维度类似黑洞的结状天体，目前弦理论试图统一和取代科学家已认可的物理理论。
朗格称，与黑洞不同的是，奇异致密天体不会存在叫做事件视界的区域，依据著名科学家爱因斯坦的相对论，事件视界是一个环绕黑洞的球体区域，超越这个球体区域，任何物质的太空旅行都变成单向，物质可以滑入事件视界，但没有任何事物能从事件视界中逃逸出来，甚至光线都不能。
但是科学家知道未来有一天爱因斯坦的相对论将被推翻，尽管相对论在描述引力和大质量宇宙天体方面非常成功，但它对亚原子粒子行为却无法干预，为此，物理学家开始转向量子力学，进行深入研究分析。
人们希望最终能有一个取代相对论的量子力学理论，奇异致密天体类似于黑洞，但缺少事件视界，目前这项最新研究将提供重要信息，来构建这个未来理论。
朗格说：“这项最新研究结果将与爱因斯坦的广义相对论产生分歧，因为它不会给出广义相对论的一个关键性预测，这里指的是事件视界，从这个意义上讲，我们是在检验爱因斯坦的万有引力理论。当两个黑洞碰撞发生合并时，它们互相旋转，扭曲时空并发出引力波，事件视界会防止额外的引力波向外逃逸。”
但由于奇异致密天体缺乏事件视界，一些引力波可能会向内落入奇异致密天体中心，然后开始反弹，产生向外泄漏的引力回声。朗格补充称，这些引力回声对于激光干涉引力波天文台和室女座引力波天文台而言太微弱，目前还无法探测到，但目前这些设备正在进行技术升级，以提高其勘测灵敏度，日本的神冈引力波探测器（KAGRA）现已加入该行列，并于2020年投入使用。
朗格和同事计算显示，在引力波探测器的下一次观测运行中（计划于2022年夏季开始），激光干涉引力波天文台及其同类设备的灵敏度完全可以接收到来自1-2个奇异致密天体的信号（如果奇异致密天体真实存在的话）。4月19日，朗格在4月份召开的美国物理学会上公布了这项最新研究报告。
其他研究人员也迫切想知道这种情况是否会在不久的将来发生，葡萄牙里斯本理工大学物理学家维托尔·卡多苏表示，现在看来，这就像是一部科幻小说，它很快就会从科幻小说变成大家公认的科学事实！
如果奇异致密天体不仅仅是一种推测，卡多苏一定会很兴奋，他说：“我们讨厌看到无聊的科学，我们希望证实一些富有挑战性的科学推测。”
然而，他补充指出，即使激光干涉引力波天文台探测到引力回声，科学界也可能需要很长时间才能证实这些假设理论。如果引力天文台能发现一些关于奇异致密天体的证据，朗格也会非常欣喜，他说：“这将是颠覆广义相对论的第一个迹象，这也将是一个巨大的科学突破，令人感到兴奋！”