解析黑洞離到達演化的終點還有多遠

 

據美國太空網報道,黑洞演化的終點或許是成為一種讓人費解的,時間呈現停滯的時空狀態。現在,一項最新的研究提出了一種新方法,可以了解某個黑洞離到達演化的終點還有多遠。

黑洞是宇宙中最神秘的天體之一。簡單地說,它們就是當大量物質被壓縮進入一個極小的區域。

盡管觀測顯示黑洞應當是宇宙中非常普遍的現象,但科學家們目前尚無法確切理解黑洞的內部狀況。愛因斯坦的廣義相對論通常會被用來理解黑洞的物理特性。

“但這是超出我們現有的物理知識的,”朱安·安東尼·瓦倫丁·克農(Juan Antonio Valiente Kroon)說。他是倫敦大學瑪麗皇后學院的數學家。“要想理解黑洞內部發生的狀況,我們需要發明新的物理方法。”

幸運的是,對于黑洞演化最終狀態的物理學描述可能相對更簡單一些。科學家們注意到,廣義相對論的一個解可以得出一種狀態,稱為“克爾時空”(Kerr spacetime)。學術界現在相信,克爾時空便是黑洞演化到終點時呈現的狀態。

“一般而言,對于一個相對論系統,你應用這些方程的唯一方法便是借助計算機,”瓦倫丁·克農告訴記者說。“正因為如此,像克爾解這樣的情況實在是一種例外。克爾解是廣義相對論少數幾個清晰明確的解之一,擁有直接的物理學意義。”

克爾時空是“時間獨立”(time-independent)的,這意味著克爾時空中的任何東西都不會隨時間發生改變。這也就意味著,時間停滯了。

“有人可能會說,黑洞一旦演化到這一階段,就不會再發生任何改變。”瓦倫丁·克農說。

在他們的最新研究中,瓦倫丁·克農和他在瑪麗皇后學院的同事,托馬斯·貝克達爾(Thomas Backdahl)已經找到一個方程,可以描述一個黑洞距離達到克爾時空狀態還有多遠。

這一過程可以很快發生,甚至在數秒內完成,一切完全取決于其質量。

為了應用這一方程,科學家們首先必須考察黑洞周圍的一個區域,成稱為“視界”。視界一般被定義為黑洞的邊界,任何物質,甚至光線,一旦進入視界范圍,將無法逃逸。

研究人員認為這項研究將有助于對黑洞的計算機模擬,并使其更逼近真實的觀測數據。

天文學家們認為大多數星系,包括我們所在的銀河系的核心存在超大質量黑洞。一些研究者認為這些黑洞正是克爾黑洞。