引力波信號(hào)中的"回聲"表明，黑洞的事件視界可能比科學(xué)家目前認(rèn)為的要復(fù)雜得多?；F盧大學(xué)研究報(bào)告表示：首次試探性地探測(cè)到了這些引力波回聲，這些引力波回聲是由新形成黑洞周?chē)奈⒂^量子“fuzz”造成。

引力波是時(shí)空結(jié)構(gòu)中的漣漪，由空間中質(zhì)量大、致密的天體的碰撞產(chǎn)生（如黑洞或中子星等）。滑鐵盧大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)教授尼亞耶什·阿夫肖迪(Niayesh Afshordi)解釋說(shuō)：

根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，一旦黑洞通過(guò)一個(gè)被稱為事件視界的不返回點(diǎn)，任何東西都無(wú)法逃脫其引力。這是科學(xué)家們很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)的理解，直到史蒂芬·霍金利用量子力學(xué)預(yù)測(cè)量子粒子會(huì)慢慢從黑洞中“泄漏”出來(lái)，在學(xué)術(shù)上我們現(xiàn)在稱之為霍金輻射。在探測(cè)到引力波之前，科學(xué)家們一直無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定是否有物質(zhì)逃離黑洞。如果霍金輻射的量子fuzz確實(shí)存在于黑洞周?chē)Σ赡軙?huì)從其上反彈。

這將在主要引力碰撞事件之后產(chǎn)生較小的引力波信號(hào)，類(lèi)似于重復(fù)回聲。德國(guó)馬克斯·普朗克學(xué)會(huì)的阿夫肖迪和合著者賈赫德·阿貝迪報(bào)告了這些重復(fù)回聲的初步發(fā)現(xiàn)：提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)，表明黑洞可能與愛(ài)因斯坦的相對(duì)論預(yù)測(cè)截然不同，沒(méi)有事件視界。研究使用了LIGO/Virgo引力波探測(cè)器記錄中子星碰撞第一次觀測(cè)到的引力波數(shù)據(jù)。觀測(cè)到的引力波回聲與黑洞模型預(yù)測(cè)的模擬回聲相匹配，黑洞模型解釋了量子力學(xué)和霍金輻射的影響。

其研究結(jié)果仍然是試探性的，因?yàn)榭吹降臇|西是由探測(cè)器中隨機(jī)噪音造成的可能性很小，但隨著發(fā)現(xiàn)更多的例子，這種可能性變得更小了。既然科學(xué)家知道了正在尋找的是什么，就可以尋找更多的例子，并對(duì)這些信號(hào)有更有力的確認(rèn)。這樣的確認(rèn)將是第一次直接探測(cè)時(shí)空的量子結(jié)構(gòu)。其發(fā)表在《宇宙學(xué)與天體物理學(xué)》期刊上，并獲得了布克特宇宙學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。首次直接觀測(cè)到雙星中子星(BNS)合并是多信使天文學(xué)的分水嶺時(shí)刻。

然而，來(lái)自GW170817的引力波只在雙星中子星合并之前被觀測(cè)到，但電磁觀測(cè)都是在合并事件之后進(jìn)行的。雖然在廣義相對(duì)論中合并后的引力波信號(hào)太微弱（給定電流探測(cè)器的靈敏度），但在本研究首次試探性地探測(cè)到合并后引力波“回聲”來(lái)自高速旋轉(zhuǎn)的“黑洞”殘余物。回聲可能在用奇異的普朗克尺度結(jié)構(gòu)，取代事件視界不同量子黑洞模型中得到預(yù)期，并在雙星黑洞合并事件中找到了初步證據(jù)。回聲頻率被log M（以普朗克單位表示）抑制的事實(shí)使其正好處于LIGO靈敏度窗口。

所以能夠通過(guò)在頻率/時(shí)間上互相關(guān)聯(lián)兩個(gè)檢測(cè)器來(lái)構(gòu)建與模型無(wú)關(guān)的最佳搜索策略。研究發(fā)現(xiàn)在雙星中子星合并大約1.0秒后，在回聲信號(hào)72 Hz處初步探測(cè)到回聲，這與2.6M-2.7M⊙“黑洞”殘骸的無(wú)量綱自旋為0.84-0.87時(shí)一致。考慮到所有“尋找別處”的影響，發(fā)現(xiàn)顯著性為4.2σ，或虛警概率為1.6×10^?5，即在合并后的預(yù)期頻率/時(shí)間窗口內(nèi)，在3天內(nèi)找不到超過(guò)4次的類(lèi)似互相關(guān)。如果得到證實(shí)，這一發(fā)現(xiàn)將對(duì)量子黑洞物理學(xué)和雙中子星合并的天體物理學(xué)產(chǎn)生重大影響。

博科園｜研究/來(lái)自：滑鐵盧大學(xué)

參考期刊《宇宙學(xué)與天體物理學(xué)》

DOI: 10.1088/1475-7516/2019/11/010

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