標準黑洞的替代方案表明,也許不需要奇點。
廣義相對論的定律表明,一個物體有可能具有這樣的密度,以至于任何東西,甚至光,都無法逃脫。那是一個黑洞。這些對象有一些定義性的特征。它們往往有視界,即把它們與宇宙其他部分分開的表面 —— 一旦穿過它,你就回不來了。數學也指出在核心處存在一個奇點。這是一個巨大的問題。
奇點是一個問題,因為物理定律 —— 至少就我們所知 —— 瓦解了。那里的密度是無限大的,在那里廣義相對論和量子力學都不再適用。幾十年來,研究人員一直試圖擺脫奇點,提出了許多替代方案。一篇由不同小組合作撰寫的新論文提出了兩種新方法。
人們所接受的關于黑洞的麻煩觀點被稱為標準黑洞。這兩個新提議被稱為常規黑洞(我們知道,令人困惑)和黑洞擬態。標準黑洞的中心有一個奇點、一個視界和一個不穩定的光環,這是視界望遠鏡在M87*和人馬座A*(銀河系中心的超大質量黑洞)的情況下拍攝到的。
一個規則的黑洞會有光環和外視界,但也有一個內視界,它會包圍一個核心或蟲洞喉嚨,而不是奇點。這將是一個時空區域,在無限或有限的時間內將物質困在那里。
黑洞模仿者有一個光環,但沒有視界。它有一個表面,但這并不意味著它必須是一個固體表面;它可以讓東西進來,也許它可以成為進入蟲洞或與超緊湊恒星相遇的方式。
這些建議當然是存在的,但考慮到我們大約一個世紀沒有聽說過奇點,這兩種情況真的與標準黑洞不同嗎?關鍵是要弄清楚這些替代方案是否具有使它們脫穎而出的效果。像視界望遠鏡的光環之類的東西可能不會告訴我們太多。
來自SISSA的合著者Stefano Liberati在一份聲明中說:“但并不是所有的東西都失去了。”“常規黑洞,尤其是模仿者,永遠不會與標準黑洞完全相同 —— 即使在視界之外也是如此。因此,探測這些區域的觀察可以間接地告訴我們一些關于它們內部結構的信息。”
天體物理的不確定性可能隱藏了可觀察到的特征,因此該團隊無法最終回答問題。當引力波探測器探測整個黑洞時,可能會有更多的見解。
“目前的(LIGO/Virgo/KAGRA, EHT)和計劃中的(LISA,天琴,太極,愛因斯坦望遠鏡,宇宙探索者,黑洞探索者)觀測儀器表明,未來幾十年的觀測數據將非常有用,不會讓理論家們偏離軌道太遠,”研究小組在論文中寫道。
“重力研究的未來,”Stefano Liberati總結道,“是一個真正激動人心的時刻。我們正在進入一個時代,一個廣闊而未開發的景觀在我們面前展現出來。”
該研究已被《宇宙學與天體粒子物理學雜志》接受,并可在ArXiv上查閱。
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