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用黑洞碰撞聲音檢驗(yàn)廣義相對(duì)論

2026-07-20 09:26:14　來源: 環(huán)球網(wǎng)資訊

北京舉報(bào)

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來源：科技日?qǐng)?bào)

科技日?qǐng)?bào)記者張夢(mèng)然

美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)（AAAS）官網(wǎng)17日消息稱，科學(xué)家正利用黑洞碰撞后發(fā)出的獨(dú)特“響聲”，在宇宙最極端條件下檢驗(yàn)愛因斯坦的廣義相對(duì)論，并進(jìn)一步揭開這些神秘天體的本質(zhì)。一項(xiàng)由英國伯明翰大學(xué)、美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)和葡萄牙里斯本高等泰克尼科學(xué)院天體物理學(xué)家共同完成的綜述顯示，黑洞光譜學(xué)已從理論概念迅速轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)大的實(shí)驗(yàn)科學(xué)。

當(dāng)兩個(gè)黑洞碰撞并合后，新形成的黑洞會(huì)釋放出一系列被稱為“類態(tài)模式”的特征性引力波振動(dòng)，類似于樂器發(fā)出的諧波。通過測(cè)量這些振動(dòng)頻率，研究人員可精確確定黑洞的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速度，同時(shí)驗(yàn)證愛因斯坦的理論是否成立。這種“聽聲辨黑”的方法已成為引力波天文學(xué)的核心手段之一。

自2015年人類首次直接探測(cè)到引力波以來，LIGO-Virgo-KAGRA國際合作組織已觀測(cè)到數(shù)百個(gè)黑洞并合事件，并根據(jù)其基本振動(dòng)頻率測(cè)量了數(shù)十個(gè)黑洞的“響聲”。截至目前，每一次觀測(cè)到的環(huán)振信號(hào)都與廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)完全一致。然而，現(xiàn)有探測(cè)器的靈敏度仍存在局限，限制了科學(xué)家對(duì)更精細(xì)振動(dòng)模式的捕捉。

未來，新一代引力波觀測(cè)站有望徹底改變這一局面。歐洲主導(dǎo)的愛因斯坦望遠(yuǎn)鏡、美國的宇宙探索者引力波天文臺(tái)以及激光干涉空間天線（LISA）等設(shè)施一旦建成，將能夠探測(cè)到更多黑洞并合事件，定期測(cè)量多種振動(dòng)模式。這些系統(tǒng)不僅能讓天體物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)現(xiàn)有模型的黑洞形成機(jī)制，還能更精確地檢驗(yàn)廣義相對(duì)論，甚至尋找全新的粒子和力。

研究人員在分析現(xiàn)有LIGO數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)了多種復(fù)雜現(xiàn)象，包括多種聲響音調(diào)（類似樂器諧波）、不同振動(dòng)模式之間的相互作用、動(dòng)態(tài)模式激發(fā)、模式以異常方式融合的特殊點(diǎn)，以及由擁擠天體物理環(huán)境中合并所放大的發(fā)射“尾部”。這些特征為進(jìn)一步探索超出粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的現(xiàn)象提供了潛在途徑，例如超越愛因斯坦的引力理論、暗物質(zhì)性質(zhì)，以及黑洞視界附近的量子尺度效應(yīng)。

這項(xiàng)綜述匯聚了來自英國、歐洲、北美、亞洲和南美洲各地70多位專家的研究成果，是該領(lǐng)域迄今為止最全面的評(píng)估。隨著引力波探測(cè)器靈敏度的不斷提升，黑洞光譜學(xué)有望將黑洞從神秘天體轉(zhuǎn)化為精密實(shí)驗(yàn)室，用于研究極端天體物理過程，并發(fā)現(xiàn)全新的基礎(chǔ)物理現(xiàn)象。

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