天文学家探测到2个黑洞碰撞，提供最清晰视角，并证实爱因斯坦与霍金数10年前的预言

疯了吧

据美媒9月13日报道，天文学家以前所未有的细节探测到两个黑洞的碰撞，为深入了解这些宇宙奇物的本质提供了迄今最清晰的视角，并证实了传奇物理学家阿尔伯特·爱因斯坦和斯蒂芬·霍金长期以来的预言。
今年1月，被命名为GW250114的事件进入人们视野，当时研究人员通过激光干涉引力波天文台探测到了它。LIGO是一套由两台相同仪器组成的观测系统，分别位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德。这些仪器探测到了引力波——两个黑洞相互碰撞在时空结构中产生的微弱涟漪。

寻找引力波是自地球上识别黑洞碰撞的唯一途径，这一现象是爱因斯坦1915年广义相对论的一部分内容所预言的。爱因斯坦曾认为引力波太过微弱，人类技术永远无法探测到，但在2015年9月，LIGO首次记录到了引力波，后来三位为这一“黑洞望远镜”发展做出关键贡献的科学家因此获得诺贝尔奖。
哥伦比亚大学天文学助理教授、纽约市弗拉蒂荣研究所计算天体物理中心天体物理学家马克西米利亚诺·伊西表示，新探测到的黑洞质量分别约为太阳的30到35倍，且自转速度非常缓慢。伊西领导了LIGO-室女座-神冈合作组织关于GW250114数据的新研究，该研究于周三发表在《物理评论快报》期刊上。
伊西说：“这两个黑洞距离地球约10亿光年，它们几乎以完美的圆形轨道相互环绕。最终形成的黑洞质量约为太阳的63倍，自转速度为每秒100圈。”伊西表示，根据他的说法，此次合并的特征与10年前首次具有开创性的探测结果几乎完全一致。“但如今，由于仪器自那时起有了极大改进，我们能够更清晰地观测到这两个黑洞在相互靠近并合并为一个黑洞的过程。”他补充道。伊西称，此次观测为科学家提供了对“时空动力学”的全新认识。
LIGO还有两台较小的配套仪器——意大利的室女座探测器和日本的神冈探测器，由全球约1600名研究人员组成的科学团体共同管理。伊西介绍，LIGO通过探测由引力波引起的微小空间拉伸来工作，这种拉伸导致的距离变化“比原子核的半径还要小1000倍”。科学家们已利用它观测到了300多次黑洞合并事件。

今年早些时候，该仪器探测到了迄今为止规模最大的黑洞碰撞——两个质量分别约为太阳100倍和140倍的黑洞相撞。自投入使用以来，LIGO的一些关键部件，包括激光器和反射镜，都进行了升级，以提高精度并减少背景噪声。改进后的性能使其新观测结果比十年前的首次观测精确了三倍多。

前所未有的清晰度使天文学家能够利用GW250114证实了几十年前著名物理学家关于黑洞的预言。第一个预言由新西兰数学家罗伊·克尔于1963年提出，它基于爱因斯坦的广义相对论，指出黑洞应该是极其简单的天体，仅用一个方程就能描述。
伊西说：“是的，黑洞非常神秘、复杂，对宇宙的演化有着重要影响，但从数学角度我们认为，它们应该仅由两个数字就能完全描述。关于黑洞的一切信息都应该来源于其大小——或者说质量——以及自转速度。”

为了验证这一理论，研究人员利用了黑洞碰撞的一个独特特征：最终形成的黑洞会产生一种“嗡鸣”或振动，就像被敲击的钟一样。伊西指出：“如果你有一口钟，用锤子敲击它，它就会发出嗡鸣声。声音的音高和持续时间等特征能告诉你钟是由什么材料制成的。对于黑洞也是如此——它们会以引力波的形式发出嗡鸣。”

伊西补充说，这种嗡鸣包含了关于黑洞结构及其周围空间的信息。尽管此前曾隐约观测到这一现象，但GW250114传回的信号“包含两种模式……基频和泛音”，清晰度要高得多。
他说：“我们识别出了这种嗡鸣的两个组成部分，这使我们能够验证这个黑洞确实可以用质量和自转这两个数字来描述。这对于我们理解时空如何运作至关重要——这些黑洞在某种程度上应该是没有特征的。这是我们首次如此令人信服地观察到这一点。”
GW250114证实的第二个预言是英国物理学家斯蒂芬·霍金于1971年提出的，该预言指出，当两个黑洞合并时，最终黑洞的表面积必须等于或大于原始黑洞的表面积之和。
伊西说：“这是一个深刻但非常简单的定理，它表明黑洞的总表面积永远不会减小——它只会增大或保持不变。”

尽管之前的LIGO观测结果为该定理提供了初步证实，但伊西表示，此次新信号的清晰度使研究人员获得了前所未有的信心。他解释说：“因为我们能够识别出黑洞在分离早期产生的信号部分，所以可以从这部分信号推断出它们的表面积。然后我们可以观察最终黑洞产生的信号的最后部分，并测量其自身的表面积。”就像克尔的方程一样，霍金的定理也以爱因斯坦的研究为基础：“爱因斯坦的理论就像是这一切的操作系统。”伊西解释道。
LIGO贡献诺贝尔奖的三位获奖者之一基普·索恩表示，霍金在得知2015年引力波探测消息后，立即给他打电话询问LIGO是否能够验证他的定理。索恩在关于新发现的声明中说：“如果霍金还活着，看到合并后黑洞的表面积增大，他一定会欣喜若狂。”这位备受尊敬的物理学家于2018年去世。

伊西说，令人惊叹的是，这些开创性的理论工作在数十年后借助先进的仪器得到了证实。他补充说，证实霍金的方程可能对物理学中一个备受追求的目标产生影响——将看似不兼容的描述引力的广义相对论与描述亚原子世界的量子力学相结合。
他说：“LIGO开创了天文学的一个全新分支。它彻底改变了我们对致密天体，特别是黑洞的认知。”“在LIGO启用之前，人们甚至不确定黑洞能够以这种方式合并、碰撞并形成。”
约翰斯·霍普金斯大学物理学和天文学教授埃马努埃莱·贝尔蒂未参与这项研究，他表示，引力波非常微弱，探测它们的艰巨任务常被形容为大海捞针。他将LIGO探测器描述为有助于这一过程的“助听器”。
他说：“一大群科学家花了十年时间改进这些‘助听器’，现在我们能够以更高的清晰度‘听到’信号。”“我们现在可以验证十年前无法验证的引力基本原理。”他补充说，这些原理包括黑洞是宇宙中最简单的宏观天体的观点。GW250114碰撞产生的“嗡鸣”的细节程度意味着科学家可以自信地说，最终天体与爱因斯坦广义相对论预言的黑洞一致，贝尔蒂称这“极其令人兴奋”。
英国南安普顿大学数学物理学教授莱奥尔·巴拉克也未参与这项研究，他指出，在LIGO记录的300多个黑洞合并事件中，最新的一次“尤为壮观”，并称这项新研究是期待已久的分析。科学家们能够提取出残余黑洞在最终定型时发出的两个“纯音”，巴拉克补充道。
他说：“这其中包括，首次清晰地提取出了第一个‘泛音’——嗡鸣孔发出的较弱的和谐音，除了主音之外。”“从某种程度上说，这是迄今为止最精确的测试。”他认同探测到“嗡鸣”黑洞中的第二个音调具有特别重要的意义，并补充说GW250114证明了LIGO持续改进的成功，并表明引力波探测能够以前所未有的方式验证基本物理学。
拉戈斯在一封电子邮件中说：“虽然目前对引力的测试仍存在较大的不确定性，但这项工作为未来预期在几年内获得更高质量的探测结果奠定了基础。”“这些未来的观测有望为我们对时空和引力的理解提供更精确的测试。”
（原文标题：Black hole collision confirms decades-old predictions by Einstein and Hawking）

月光如水

霍金好几十年前就提出这个理论了，现在终于被证实了，他还说不要试图联系外星人呢

颠颠

几十亿光年外的物体能观测到到，我不信

superjiaming

怎验证？

standme

最终形成的黑洞怎么可能才是太阳的63倍？打错了吧？

qqwa1234

了不起的科学家！

wifai

专家怎么得出的？正好10亿光年