黑洞短暂独特属性:“长毛后迅速变秃”



新浪科技讯 北京时间11月29日消息,据美国生活科学网站报道,由于黑洞吞噬周围的一切事物,甚至包括光,因此黑洞不会泄露关于它们的起源或者历史的重要线索,20世纪60年代,科学家宣布“黑洞无毛”,意味着黑洞之间没有具体特征彼此区分。


黑洞无毛的比喻是物理学家雅各布·贝肯斯坦(Jacob Bekenstein)和约翰·惠勒(John Wheeler)在上世纪60年代和70年代初提出的,他们认为,黑洞形成之后,仅剩下不能变成电磁辐射的三种守恒量——质量、角动量和电荷,其他一切信息(犹如“毛发”)都束缚在黑洞引力中,科学家无法观测到,黑洞几乎没有形成的复杂属性,并且对前身物质的形状和成分也没有记忆,假设两个黑洞在三个守恒量上匹配,从功能上就不可能区分它们。


目前,最新计算表明,一些黑洞可以“长出毛发”,但是不能持续太长时间。依据这项最新研究,接近最大旋转速度的黑洞显示出一些独特属性,但是这些特性并未持续多久,最终使得黑洞变得“光秃秃”,与其他同类黑洞难以区分。


多年以来,科学家一直致力于寻找能将黑洞彼此区分开来的事物,如果科学家能够发现一些特征,就能揭晓黑洞起源形成之谜。例如:虽然许多黑洞被认为是恒星坍缩的残留物,但也有一些黑洞被认为是大爆炸后不久形成的,是宇宙早期异常稠密区域合并形成的。如果两个黑洞的质量、角动量和电荷相同,就很难将的原始黑洞从恒星黑洞区分开来。


2018年,英国剑桥大学物理学家德扬·加季奇(Dejan Gajic)带领一支研究小组发现,带有极大可能电荷的极端黑洞具有独特属性,能与其他黑洞进行区分,这些属性涉及黑洞视界(引力非常强大致使光线无法逃离的点)和柯西视界(由于强引力场时间扭曲效应产生过去和未来因果关系分解的点)的可衡量变化。


布尔科和同事对黑洞具有独特属性颇感兴趣,这些黑洞独特属性通常是在极端条件下形成的,但也不完全是这样。他们对两种类型黑洞进行模拟计算,第一种是接近极端的瑞斯纳-诺德斯特黑洞,该类型黑洞电荷接近于最大值,但并不旋转;第二种是接近极端的克尔黑洞,是一种几乎以最大自旋速度运行、但不带有电荷的黑洞。


在两个近乎极端的黑洞中,研究人员发现了“毛发”存在的证据,不过该证据是暂时的,他们在11月15日《物理学评论研究》杂志刊登的研究报告中指出,当一个模拟黑洞首次形成时,接近极端黑洞的独特属性是可以被测量到的,但随着时间推移,它将以时间的二次函数递减,意味着从一开始该数值就迅速缩水,之后随着时间推移继续以更慢的速度递减。目前研究人员并未计算出这一过程会以多快的速度实时发生,这将取决于既定黑洞的质量、角动量和电荷。


虽然这些模拟计算目前仅是理论推测,但现实观测结果与预期会出现匹配和矛盾,激光干涉引力波天文台(LIGO)实验正在积极测量引力波,它是中子星和黑洞等大型宇宙天体时空中产生的涟漪。


激光干涉太空天线(LISA)是即将实现的一个天文项目,将发射3个航天器探测太空引力波,该项目旨在探测来自超大质量黑洞的引力波,迄今还不知道此类实验要进行多长时间才能捕捉到一个接近极限状态的黑洞,但如果这样的一个黑洞出现,其引力波也可能具有独特属性。(叶倾城)


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