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科技報導

黑洞具有的短暫獨特屬性:“長毛之後迅速變禿”



北京時間11月29日消息,據美國生活科學網站報導,由於黑洞吞噬周圍的一切事物,甚至包括光,因此黑洞不會洩露關於它們的起源或者歷史的重要線索,20世紀60年代,科學家宣布“黑洞無毛”,意味著黑洞之間沒有具體特徵彼此區分。

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目前,最新計算表明,一些黑洞可以“長出毛髮”,但是不能持續太長時間。依據這項最新研究,接近最大旋轉速度的黑洞顯示出一些獨特屬性,但是這些特性並未持續多久,最終使得黑洞變得“光禿禿”,與其他同類黑洞難以區分。

黑洞無毛的比喻是物理學家雅各布·貝肯斯坦(Jacob Bekenstein)和約翰·惠勒(John Wheeler)在上世紀60年代和70年代初提出的,他們認為,黑洞形成之後,僅剩下不能變成電磁輻射的三種守恆量——質量、角動量和電荷,其他一切信息(猶如“毛髮”)都束縛在黑洞引力中,科學家無法觀測到,黑洞幾乎沒有形成的複雜屬性,並且對前身物質的形狀和成分也沒有記憶,假設兩個黑洞在三個守恆量上匹配,從功能上就不可能區分它們。

目前,最新計算表明,一些黑洞可以“長出毛髮”,但是不能持續太長時間。依據這項最新研究,接近最大旋轉速度的黑洞顯示出一些獨特屬性,但是這些特性並未持續多久,最終使得黑洞變得“光禿禿”,與其他同類黑洞難以區分。

這是一項有趣的發現,證實了一個短暫的行為現象。

多年以來,科學家一直致力於尋找能將黑洞彼此區分開來的事物,如果科學家能夠發現一些特徵,就能揭曉黑洞起源形成之謎。例如:雖然許多黑洞被認為是恆星坍縮的殘留物,但也有一些黑洞被認為是大爆炸後不久形成的,是宇宙早期異常稠密區域合併形成的。如果兩個黑洞的質量、角動量和電荷相同,就很難將的原始黑洞從恆星黑洞區分開來。

2018年,英國劍橋大學物理學家德揚·加季奇(Dejan Gajic)帶領一支研究小組發現,帶有極大可能電荷的極端黑洞具有獨特屬性,能與其他黑洞進行區分,這些屬性涉及黑洞視界(引力非常強大致使光線無法逃離的點)和柯西視界(由於強引力場時間扭曲效應產生過去和未來因果關係分解的點)的可衡量變化。

布爾科和同事對黑洞具有獨特屬性頗感興趣,這些黑洞獨特屬性通常是在極端條件下形成的,但也不完全是這樣。他們對兩種類型黑洞進行模擬計算,第一種是接近極端的瑞斯納-諾德斯特黑洞,該類型黑洞電荷接近於最大值,但並不旋轉;第二種是接近極端的克爾黑洞,是一種幾乎以最大自旋速度運行、但不帶有電荷的黑洞。

在兩個近乎極端的黑洞中,研究人員發現了“毛髮”存在的證據,不過該證據是暫時的,他們在11月15日《物理學評論研究》雜誌刊登的研究報告中指出,當一個模擬黑洞首次形成時,接近極端黑洞的獨特屬性是可以被測量到的,但隨著時間推移,它將以時間的二次函數遞減,意味著從一開始該數值就迅速縮水,之後隨著時間推移繼續以更慢的速度遞減。目前研究人員並未計算出這一過程會以多快的速度實時發生,這將取決於既定黑洞的質量、角動量和電荷。

雖然這些模擬計算目前僅是理論推測,但現實觀測結果與預期會出現匹配和矛盾,激光干涉引力波天文台(LIGO)實驗正在積極測量引力波,它是中子星和黑洞等大型宇宙天體時空中產生的漣漪。

激光干涉太空天線(LISA)是即將實現的一個天文項目,將發射3個航天器探測太空引力波,該項目旨在探測來自超大質量黑洞的引力波,迄今還不知道此類實驗要進行多長時間才能捕捉到一個接近極限狀態的黑洞,但如果這樣的一個黑洞出現,其引力波也可能具有獨特屬性。 (葉傾城)

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