藍色情懷

研究揭示完全成熟黑洞特性：時間呈現停滯狀態

存在於一個星系核心的超大質量黑洞 圖像版權：NASA

據美國太空網報導，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，可以瞭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，從而使其物質密度達到極高的狀態。
儘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，對於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，相對論方程及其複雜，因此對於一個相對論系統，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。處在這種狀態的黑洞事實上處於靜止狀態。

「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，一切完全取決於其質量。

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，一旦進入視界範圍，將無法逃逸。

研究人員認為這項研究將有助於對黑洞的計算機模擬，並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。

瓦倫丁‧克農和貝克達爾已經將他們的研究結果發表在了1月19日出版的《英國皇家學會會報》A版。