从黑洞的阴影和碰撞中检验爱因斯坦的广义相对论

2021年04月30日 22:40 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

广义相对论,即爱因斯坦的引力理论,在其最极端的情况下得到了最好的检验,那就是接近黑洞的事件视界,通过观察超大质量黑洞的阴影和引力波,探测来自恒星质量黑洞碰撞的宇宙结构中的涟漪。来自ARC引力波发现卓越中心(OzGrav)、事件地平线望远镜(EHT)和LIGO科学合作组织的科学家们首次概述了一种一致的方法来探索这两种不同观测结果与爱因斯坦广义相对论的偏差。

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这项研究发表在《物理评论D》上,证实了爱因斯坦的理论准确地描述了目前对黑洞的观测,无论是从最小还是到最大的。

广义相对论的标志性预测之一是黑洞的存在。该理论提供了关于黑洞对时空结构影响的具体描述:一个四维网,它编码了物体如何在空间和时间中移动。这一预测被称为克尔公制,它与光在黑洞周围的弯曲或二元黑洞的轨道运动有关。在这项研究中,克尔公制的偏离与这些黑洞观测中的特征有关。

2019年,Event Horizon望远镜产生了星系M87中心的黑洞的剪影图像,其质量是我们太阳的几十亿倍。阴影的角度大小与黑洞的质量、它与地球的距离以及与广义相对论预测的可能偏差有关。这些偏差可以从科学数据中计算出来,包括以前对黑洞的质量和距离的测量。

同时,自2015年以来,LIGO和Virgo引力波观测站一直在探测来自合并的恒星质量黑洞的引力波。通过测量来自碰撞黑洞的引力波,科学家可以探索黑洞的神秘性质和度量。这项研究的重点是广义相对论的偏差,这些偏差在两个黑洞碰撞和合并之前,以引力波的间距和强度的轻微变化出现。

结合对M87中超大质量黑洞阴影的测量和来自几个双胞胎黑洞探测的引力波(称为GW170608和GW190924),研究人员没有发现偏离广义相对论的证据。该研究的共同作者和OzGrav研究助理Ethan Payne(澳大利亚国立大学)解释说,这两项测量提供了类似的、一致的约束。"不同大小的黑洞可能有助于打破所看到的EHT和LIGO/Virgo观测之间的互补行为,"Payne说。"这项研究为未来测量克尔公制的偏差奠定了基础。"

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