隐藏的引力波信号揭示了黑洞是“光头”
认为2017的波是一个大问题:天文学家第一次有了一个工具来探测和记录它的过去，这个工具叫做激光干涉重力波天文台(LIGO)。他们发现第一波是遥远太空中两个黑洞碰撞的结果。现在，一个天体物理学家小组对这些记录进行了另一项研究，发现了一些其他人认为需要几十年才能发现的东西:无毛定理的准确证实。黑洞理论的这个重要方面至少可以追溯到20世纪70年代，斯蒂芬·霍金曾经对这个定理提出过著名的质疑。
物理学家说黑洞没有“头发”。麻省理工学院物理学家Maximiliano Isi和论文的主要作者说，他们的意思是天体物理物体非常简单。黑洞只在三个方面不同:旋转速度、质量和电荷。在现实世界中，黑洞的电荷可能不会相差太多，所以它们实际上只是在质量和自旋方面有所不同。物理学家称这些裸露的物体为克尔黑洞。
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Isi告诉《生活科学》,无毛使得黑洞与宇宙中几乎所有其他物体都非常不同。例如，当一个真正的钟声响起时，它会发出声波和一些无法检测到的和难以置信的微弱引力波。但它是一个复杂得多的物体。时钟由某种材料制成，如青铜或铸铁，根据无毛模型，黑洞是统一的奇点。每个时钟也有某种独特的形状，黑洞是被球形视界包围的空间中一个无穷小且无量纲的点。钟声的所有这些特征都可以从钟声中检测出来——至少如果你对钟声和声波有所了解的话。Isi说，“如果你能感受到钟的引力波，你也能探测到钟的成分和形状的不同。
“这一切的秘密在于波形——这种拉伸和压缩的模式——对源的信息进行编码，也就是产生引力波的东西，”Issy说。“他告诉科学领域”，
而研究2017波的天文学家了解了很多黑洞碰撞的情况，但是记录都很弱，也不是很详细。LIGO是世界上最好的引力波探测器。在华盛顿州，它使用激光来测量两个相距2.5英里(4公里)的L形镜子之间的距离。(类似的探测器处女座在意大利也发现了这种波。当这种波在LIGO上空滚动时，它会扭曲时空本身，并略微改变距离。但是这个重力波的细节不足以让探测器记录下来，Isi说。
“但是我们从很远的地方听到的，”Isi说，
当时这一波提供了很多信息。黑洞的行为和预期的一样。Isi说:“没有明显的证据表明它缺少视界(即没有光可以逃逸的区域)，也没有明显偏离无毛定理。
但是研究人员无法确定其中的许多问题，尤其是无毛定理。Isi说波形研究最简单的部分是两个黑洞合并成一个更大的黑洞之后。它已经响了一段时间，很像一个响铃的时钟，以引力波的形式将多余的能量送入太空——这个过程被天体物理学家称为“* * *”。
当时，研究人员正在查看LIGO数据，只发现了一种波形。研究人员认为，开发一种足够灵敏的仪器来捕捉* * *中任何更安静的音调，将需要几十年的时间。但Isi的一位同事，加州理工学院的物理学家马特·吉斯勒(Matt Giesler)发现，碰撞后有一段很短的时间，撞击的强度足以让LIGO记录下比平时更多的细节。在这些时刻，声波的声音足够大，以至于LIGO接收到泛音——具有不同频率的第二波，很像钟声中微弱的次级音符。
在乐器中，泛音携带了赋予乐器独特声音的大部分信息。他说引力波的意义也是如此。Isi表示，这一新发现的序曲在很大程度上澄清了关于环形黑洞的数据。
这表明黑洞至少非常接近克尔黑洞。缺席定理可以用来预测泛音的出现；Isi和他的团队表明弦外之音与预测非常一致。但是泛音的记录不是很清楚，所以还是有可能这个音和定理预测的有些出入，大概是10%。
他说，为了超越这种精度，你需要从黑洞碰撞的波形中提取更清晰的泛音，或者建造一个比LIGO更灵敏的仪器，Isi说。
“物理越来越近了。”但你永远无法确定。
甚至可能是泛音的信号不真实，只是由于数据的随机波动而偶然发生的。他们在弦外之音中报告了“3.6适马信心”。这意味着每6300个人中约有1人认为这种泛音并不是来自黑洞的真实信号。
Isi说，随着仪器的改进和更多引力波的探测，所有这些数字应该会变得更加自信和准确。LIGO已经升级，使得探测黑洞碰撞变得非常常规。据《物理世界》报道，计划于2020年中期进行的另一次升级将使其灵敏度提高10倍。20世纪30年代中期，天基激光干涉空间天线(LISA)发射后，天文学家应该可以确定黑洞的无毛程度，这在今天是不可能的。
然而，Isi表示，黑洞可能不是完全光秃秃的——它们可能有一些量子桃子绒毛，这些绒毛太简单、太软、太短，我们的仪器无法接受。
关于黑洞的九个想法会让你大开眼界。宇宙中最奇怪的12天体，物理学中最大的未解之谜，最早发表在《生命科学》上。