并非所有理论都能解释M87*黑洞

法兰克福歌德大学和事件视界望远镜合作组织的科学家们利用产生第一张黑洞图像的数据来限制其基本属性。

作为事件视界望远镜(EHT)合作的一部分,法兰克福歌德大学的理论物理学家分析了来自黑洞M87*的数据,以测试阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论。根据测试,M87*阴影的大小在广义相对论中非常一致地来自一个黑洞,但在其他理论中设置了对黑洞属性的限制。2019年,EHT合作发布了位于M87星系中心的第一张黑洞图像。

正如德国天文学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)首先指出的那样,由于它们的质量异常集中,黑洞将时空弯曲到一个极端的程度,并加热它们附近的物质,使其开始发光。新西兰物理学家罗伊·克尔指出,旋转可以改变黑洞的大小及其周围环境的几何形状。黑洞的“边缘”被称为“视界”,这是质量集中的边界,超过了这个边界,光和物质就无法逃脱,黑洞就是“黑色”的。根据理论预测,黑洞可以被描述为几个属性:质量、自旋和各种可能的电荷。

除了爱因斯坦广义相对论预测的黑洞,我们还可以考虑那些受弦理论启发的模型,弦理论将物质和所有粒子描述为微小振动弦的模式。黑洞的弦启发理论预测了一个附加领域的存在,在基础物理学的描述中,这导致了黑洞的大小和它们附近的曲率的可观测的修改。

来自法兰克福哥德大学理论物理研究所的物理学家Prashant Kocherlakota博士和Luciano Rezzolla教授现在首次研究了不同的理论是如何与梅西耶87星系中心的黑洞M87*的观测数据相吻合的。国际视界望远镜(EHT)合作于2019年拍摄的M87*图像,是2015年测量引力波后黑洞实际存在的第一个实验证据。

这些研究的结果是:M87*的数据与以爱因斯坦为基础的理论非常一致,在一定程度上也与以弦为基础的理论一致。Prashant Kocherlakota博士解释说:“有了EHT合作记录的数据,我们现在可以用黑洞图像测试不同的物理理论。目前,在描述M87*的阴影大小时,我们不能拒绝这些理论,但我们的计算限制了这些黑洞模型的有效性范围。”

Luciano Rezzolla教授说:“对我们理论物理学家来说,黑洞的想法既是关注的源泉,也是灵感的来源。当我们还在为黑洞的一些后果(如视界或奇点)而斗争时,我们似乎总是热衷于在其他理论中找到新的黑洞解决方案。因此,获得像我们这样的结果是非常重要的,它决定了什么是可信的,什么是不可信的。这是重要的第一步,随着新的观测结果的出现,我们的限制条件将得到改善。”

在事件视界望远镜的合作中,来自世界各地的望远镜相互连接,形成一个虚拟的巨型望远镜,其碟面和地球本身一样大。有了这台望远镜的精确度,可以在柏林的街道café上读到纽约的报纸。

视频:用得到的数据测试不同的重力理论
https://youtu.be/Xf8He6Z1eQU

图片下载:
https://www.puk.uni-frankfurt.de/101531130

描述:不同重力理论的事件视界大小。所有这些黑洞黑暗阴影中互相区分大小,但只有那些在灰色带过去与2017兼容的测量M87 *,在这张图片,一个代表红色底部太小M87 *是一个可行的模型。资料来源:普拉桑特·科切拉科塔,卢西亚诺·雷佐拉(歌德法兰克福大学和EHT合作/ Fiks Film 2021)

EHT合作涉及来自非洲、亚洲、欧洲、北美和南美的300多名研究人员。这个国际合作组织正在创建一个虚拟地球大小的望远镜,以捕捉迄今为止获得的最详细的黑洞图像。在大量国际投资的支持下,EHT用新颖的系统连接了现有的望远镜,创造了一个全新的仪器,具有迄今为止达到的最高的角度分辨率。

参与的单个望远镜有:ALMA, APEX, IRAM 30米望远镜,IRAM NOEMA天文台,James Clerk Maxwell望远镜(JCMT),大毫米望远镜(LMT),亚毫米阵列(SMA),亚毫米望远镜(SMT),南极望远镜(SPT),基特峰望远镜和格陵兰望远镜(GLT)。

EHT财团由13个利益相关机构组成:中央研究院天文与天体物理研究所、亚利桑那大学、芝加哥大学、东亚天文台、法兰克福大学、射电天文学研究所Millimétrique、大毫米望远镜、马克斯普朗克射电天文学研究所、麻省理工学院干斯塔克天文台、日本国家天文台,理论物理周界研究所,内梅亨大学和史密森尼天体物理天文台。

歌德大学是欧洲金融中心法兰克福的一所研究型大学。这所大学成立于1914年,主要由犹太人资助,并在社会科学、社会学和经济学、医学、量子物理学、大脑研究和劳动法等领域取得了开创性的成就。2008年1月1日,通过回归其作为“基础大学”的历史根源,它获得了独特的自治水平。如今,它是德国三大大学之一。它与达姆施塔特技术大学和美因茨大学一起,是莱茵-美因大学州际战略联盟的合作伙伴。互联网:www.uni-frankfurt.de

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prashant柯薛拉柯塔博士
理论物理研究所
法兰克福歌德大学
电话:+49 69 798-47848
kocherlakota@itp.uni-frankfurt.de

卢西亚诺Rezzolla教授
理论物理研究所
法兰克福歌德大学
rezzolla@itp.uni-frankfurt.de

Originalpublikation:

Prashant Kocherlakota, Luciano Rezzolla, Heino Falcke, Christian M. Fromm, Michael Kramer, Yosuke Mizuno, Antonios Nathanail, H´ector Olivares, Ziri Younsi et al. (Event Horizon Telescope合作),2017年M87的EHT观测对黑洞电荷的约束。物理评论D,第103卷,https://journals.aps.org/prd/issues/103/10PDF格式:https://owncloud.mpifr-bonn.mpg.de/index.php/s/mC4Sx57oz3cMWpi

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马库斯·伯纳兹博士公共关系和情报部门
Goethe-Universität法兰克福

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