新研究挑战爱因斯坦黑洞理论

据美国《科学日报》网站11月8日报道，黑洞常被形容为宇宙中的饕餮巨兽，吞噬一切过于靠近的物质，甚至包括光本身。这也正是位于M87星系以及银河系中心的超大质量黑洞的照片如此令人震撼的原因。几年前被事件视界望远镜合作组捕捉到的这些观测成果成为天文学领域的一个重要里程碑。

法兰克福歌德大学教授卢西亚诺·雷佐拉解释说：“你在这些照片上看到的并非黑洞本身，而是其附近的热物质。只要有物质还在事件视界之外旋转，也就是在它不可避免地被吸入黑洞之前，它就能发出最后的光信号，理论上我们是可以探测到这些信号的。”

这些震撼的照片揭示了科学家们所称的黑洞“阴影”，为探索这些神秘宇宙巨型天体背后的物理学原理提供了新途径。一个多世纪以来，爱因斯坦的广义相对论一直是我们理解空间和时间的基础。该理论预测了黑洞和事件视界的存在，一旦越过事件视界，任何东西，甚至光都无法逃脱。

雷佐拉说：“然而，也有其他一些仍属于假说的理论同样预测了黑洞的存在。其中一些理论的前提是存在某种具有特定性质的物质，甚至可能违背我们目前所知的物理定律。”

雷佐拉率领的团队与中国上海李政道研究所的同行合作，提出了一种检验这些替代理论的新方法。他们发表在英国《自然-天文学》杂志上的研究介绍了未来对黑洞的观测如何帮助证实或挑战爱因斯坦的引力模型。虽然到目前为止还没有足够的数据来验证或否定这些不同的观点，但通过对黑洞阴影照片的详细分析，这种情况可能很快就会改变。

雷佐拉解释说：“这需要做到两件事。一方面，需要高分辨率的黑洞阴影照片，从而尽可能精确地确定其半径；另一方面，需要对各种理论与爱因斯坦相对论到底相差有多大进行理论上的描述。”

为了解决这个问题，研究团队构建了一个全面的框架，描述不同理论下的黑洞与爱因斯坦预测的黑洞差异有多大，以及这些差异在照片中是如何呈现的。他们利用先进的计算机三维模拟技术，重现黑洞周围扭曲时空内物质和磁场的运动。通过模拟，他们生成了环绕在这些巨大天体周围的发光等离子体的合成图像。

李政道研究所研究生、论文第一作者阿基尔·乌尼亚尔说：“一个核心问题是不同理论下的黑洞照片会有多大差异？”研究人员已经发现了清晰的模式，随着未来照片分辨率的提高，这些模式可以帮助科学家确定哪种理论最符合现实。尽管目前事件视界望远镜的分辨率还无法检测到这些细微差别，但技术的进步将逐渐使这种比较成为可能。

雷佐拉强调说：“事件视界望远镜合作组对天体物理学最重要的贡献之一就是将黑洞变成了可测试的对象。我们预计相对论将继续得到验证，就像它迄今为止一次次被验证一样。”到目前为止，研究结果与爱因斯坦的理论还是相符的。不过，雷佐拉说：“即使是已确立的理论也必须不断接受检验，尤其是对于像黑洞这样的极端天体来说。”如果爱因斯坦的模型有一天被证明不成立，那将是物理学领域的一个革命性时刻。