黑洞摄影师

<正>大事件回顾:2019年4月10日,事件视界望远镜(EHT)团队的研究人员公布了有史以来第一张黑洞照片。为了给这位最神秘的宇宙"先生"拍照,有十多位特殊"摄影师"参与其中,"他们"来自世界各地,有的住在人迹罕至的沙漠,有的住在天寒地冻的南极。给黑洞拍照的"摄影师"其实是天文望远镜。黑洞非常狡猾,就像一个故意跟我们捉迷藏的家伙,它连一点可见光都不发出来。但是,黑洞特别贪吃,它巨大的引力会把周围空间的东西统统吸进肚子里。掉入黑洞的物质因为摩擦而发热,从而发出辐射。在非常灵敏的天文望远镜的帮助下,就可以探测到这些辐射,并最终合成一张黑洞的"写真"。     

人类首张黑洞照片

<正>一组由二百多名天文学家组成的国际研究团队于2019年4月10日召开全球新闻发布会,宣布事件视界望远镜(Event Horizon Telescope,EHT)已成功捕获了黑洞的首张图像(左图)。该黑洞位于室女座星系团中超大质量星系M87的中心,距离地球5500万光年。同一天,Astrophysical Journal Letters也以特刊的形式通过6篇论文发表了这一重大结果。     

婴儿宇宙时的种子黑洞

<正>最近,事件视界望远镜(EHT)拍摄到首张黑洞影子的照片在全球引起了轰动,黑洞这一话题又一次回到人们的视野中。目前我们熟知的黑洞形成机制是,在年老恒星死亡时,内部核反应产生的压力无法抗衡自身重力后坍缩形成黑洞。然而还有一类鲜为人知的宇宙学起源黑洞,那就是原初黑洞(Primordial BlackHole,PBH),这是一种由于宇宙极早期局域的超致密扰动坍缩形成的天体。可以想象     

Q:超新星爆炸产生的黑洞是怎么发出伽马射线暴的,电磁波不是不能逃离黑洞吗?

正A:"电磁波不能逃离黑洞"这个说法不严谨。黑洞有一个视界面,在视界面以内的电磁波不能逃脱黑洞,而在视界面以外的电磁波可以脱离黑洞。许多星系中心都有大质量黑洞甚至超大质量黑洞,但我们依然可以看到这些星系辐射出的电磁波,因为这些光都是黑洞视界面之外的电磁波。伽马暴、超新星、恒星级黑洞之间的关系很复杂:一部分伽马射线暴(以下简称"伽马暴")与黑洞有关,另外一部分与黑洞无     

ZPS黑洞的几何结构与热力学性质

本文研究了球对称Zero Pressure Schwarzschild (ZPS)黑洞的时空结构和热力学性质. ZPS黑洞有两个黑洞视界或单一黑洞视界.非极端ZPS黑洞的视界半径依赖参数a的选择,极端ZPS黑洞有与史瓦西黑洞相同的质量和半径.对于存在两个视界的情况,本文给出了ZPS黑洞的几何结构.球对称ZPS时空中流体的能量密度反比于r~3.以ZPS黑洞视界作为边界的系统满足热力学第一定律.在黑洞视界改变的过程中,黑洞能量的增加量包括黑洞质量的增加量和其他形式能量的增加量.在参数a保持不变的情况下,计算了ZPS黑洞外视界和内视界的热容.在a_1a 2范围内(a_1≈1.74), ZPS黑洞外视界的热容取正值.因此, ZPS黑洞的外视界能够处于稳定的热平衡状态.通过考虑非极端ZPS黑洞的左系统和右系统,研究了黑洞热力学第三定律的问题.在ZPS黑洞热力学第三定律的表述中,强调黑洞的左系统满足能斯特定理.     

双黑洞合并面积增量及放能率

在广义相对论框架下,采用线性微扰方法分别计算几种不同类型黑洞(Schwarzschild、ReissnerNordstrom、Kerr及Kerr-Newman)之间合并(双黑洞合并)后外视界的面积增量及放能率.结果表明:若黑洞带有角动量,则使合并后的外视界面积增量δA+及放能率η均增大;由于电荷的存在,若原2个子黑洞带同种电荷会使合并后的黑洞外视界面积增量δA+及放能率η均减小;则如果原子黑洞带异种电荷,反而使δA+及η均增大;然而如果只有一方带电,则对δA+及η没有影响.根据面积定理,黑洞带电有极限条件,超过临界值,2个带电黑洞将不能合并为一个黑洞;反之,理论上一个黑洞可"分裂"为2个部分(其中一个为极端黑洞,另一个可能为Ads空间).由于角动量的存在,放能率反而亦增大,因此黑洞所带角动量也应有个极限条件.这种发现可能为天文观测中区分不同类型及所带不同"毛"信息的黑洞及验证引力理论提供一种新的探索途径.     

整体单极Anti-de-Sitter黑洞的Hawking辐射

根据时空对称性，确定了整体单极Anti-de-Sitter(AdS)黑洞的事件视界和宇宙视界的位置，利用Damour-Ruffini方法研究了AdS黑洞的温度，给出了Klein-Gordon方程在视界附近的渐近解，通过引入Edding-ton-Finkelstein坐标，解波动方程所获得的热谱，证实了AdS黑洞具有Hawking辐射。     

缓变动态Vaidya-Bonner黑洞的热辐射

利用Vaidya-Bonner黑洞视界附近熵的体密度和Reissner-Nordstr(o)m黑洞的辐射能通量,求得缓变动态Vaidya-Bonner黑洞视界附近的瞬时辐射能通量和瞬时辐射功率,发现缓变动态Vaidya-Bonner黑洞的热辐射满足广义StefanBoltzmann定律.利用热质点模型得到了距黑洞遥远的观测者接收到的辐射能通量与黑洞与观测者之间距离的平方成反比.当截断距离和薄膜厚度取定后,缓变动态Vaidya-Bonner黑洞视界附近标量场的瞬时辐射能通量和辐射功率不仅与黑洞的质量和电量有关,还与黑洞的视界变化率及薄层膜内辐射粒子的平均泄流速率有关,表明黑洞周围的引力场、电磁场以及视界的变化和辐射粒子种类均对黑洞的热辐射产生影响.     

加速旋转荷电黑洞视界面积量子化

黑洞视界面积量子化问题是理论物理研究的前沿课题,也是近些年科学讨论的热点问题,现在人们对黑洞视界面积量子化问题等内容进行了一系列的研究,也已经取得了一些成果,但是有一些相关理论的研究还需要深入。通过近视界近似,利用绝热协变量,采用Bohrsommerfeld量子化原则和黑洞热力学第一定律,研究了不同坐标系下电荷磁荷加速旋转荷电黑洞的视界面积量子化及熵的量子化问题。总而言之,将绝热协变量量子化视界面积推广到对复杂荷电黑洞的视界面积量子化问题的分析和讨论。其核心关键技巧是绝热协变量的方法。最后得到的结果表明,黑洞的面积谱是等间距的,与本身黑洞参数无关。     

首张黑洞照片的花絮

正"我很高兴地宣布,我们首次看到了曾认为不可见的东西……而这只是开始。"北京时间4月10日晚,"事件视界望远镜"(简称EHT)项目组在全球多地同时召开新闻发布会。这是一场令无数人翘首以盼的新闻发布会。在发布会上,天文学家公布了一张图片。而这张看似模糊的照片吸引了全球的目光,因为它是人类有史以来获得的第一张黑洞照片。     

黑洞视界面积定理

从满足Nernst定理的黑洞熵与视界面积的关系得出黑洞视界面积定理:满足Nernst定理的黑洞熵与其全面积成正比;对于单视界黑洞,其全面积即视界面积;对于双视界黑洞,其全面积为内、外视界面积的代数和;黑洞具有物理意义的视界不多于两个。     

电磁加速黑洞视界处的温度函数及黑洞加速定理

得到了电磁直线加速黑洞的Ｄｉｒａｃ粒子的动力学方程在视界附近的渐近解,详细讨论了这类黑洞的视界年温度分布并给出黑洞加速度的极限值．     

Schwarzschild-de Sitter时空的引力反常与霍金辐射

在Robinson和Wilczek工作的基础上,研究了Schwarzschild-de Sitter时空的引力反常.为了避免对时空整体对称性的破坏,必须消除引力反常,进而得到了黑洞两视界面(黑洞视界和宇宙视界)处都有霍金辐射.     

文化播报

正提出50年后,霍金黑洞面积定理首次获观测证实据美国麻省理工学院官网近日报道,该校及其他大学的物理学家利用引力波探测器首次从观测上证实了著名的"霍金黑洞面积定理",研究结果发表于最新一期《物理评论快报》杂志。1971年,英国著名物理学家史蒂芬·霍金提出,黑洞的事件视界(任何东西都无法逃脱的边界)面积永远不会减少。该定理的提出在黑洞研究史上具有重要意义,但从未被观测证实过。     

动态Kinnersley黑洞的视界

动态Kinnersley黑洞是变加速直线运动的黑洞．此黑洞的视界由零超曲面方程确定，通过对零超曲面方程及其解的研究．讨论了变加速直线运动黑洞视界的几种情况，给出了动态Kinnersley黑洞的内视界、外视界及宇宙视界的位置。     

变加速直线运动带电黑洞的瞬时辐出度

利用变加速直线运动带电黑洞视界面附近的熵密度,导出黑洞的瞬时辐出度,得到了任一时刻黑洞沿某一方向的瞬时辐出度总是正比于在该方向上黑洞视界温度4次方的结论。导出的广义Stefan-Boltnnann系数不再是一个恒量,而是一个与黑洞视界的变化率、黑洞视界面附近的时空度规及黑洞的吸收与辐射系数有关的一个动比例系数。揭示了黑洞周围的引力场与其热辐射之间存在着必然的内在联系。     

任意加速带电动态黑洞的广义Stefan-Boltzmann定律

利用任意加速带电动态黑洞视界面附近子系统的熵,导出黑洞的瞬时辐出度,得到了任一时刻黑洞沿某一方向的瞬时辐出度总是正比于在该方向上黑洞视界温度的四次方的结论.导出的广义Stefan-Boltzmann系数是一个与黑洞视界的变化率、黑洞视界面附近的时空度规及黑洞的吸收与辐射系数有关的动比例系数.     

匀加速动态黑洞的事件视界

用Ｙｏｒｋ建议的方法给出了匀加速动态黑洞的事件视黑的Ｒｉｎｄｌｅｒ视界,讨论了黑洞的事件视界与Ｒｉｎｄｌｅｒ视界接触时的情况。２个视界接触点的温度降到零,而在黑洞的相反极点,Ｈａｗｋｉｎｇ温度迅速上升。     

起源于引力场的Vaidya-Bonner-de Sitter黑洞的瞬时辐出度

利用Vaidya-Bonner-de S itter黑洞视界面附近的熵密度,导出黑洞的瞬时辐出度,得到了任一时刻黑洞的瞬时辐出度总是正比于黑洞视界温度四次方的结论。导出的广义Stefan-Boltzm ann系数不再是一个恒量,而是一个与黑洞视界的变化率、黑洞视界面附近的时空度规及黑洞的吸收与辐射系数有关的一个动比例系数,揭示了黑洞周围的引力场与其热辐射之间存在着必然的内在联系。     

稳态黑洞是处于全无界能谱中的系统

对稳态黑洞能谱的基本特征进行了研究．研究表明稳态黑洞是处于全无界能谱中的系统．在其外视界之外正、负能谱之间禁带能隙消失在外视界面上．在外视之外，黑体辐射系统或正能谱系统易于激发；反之，根据Landau的负能谱理论，在外视界之内负能谱系统易于激发．因此，黑洞的外视界是正、负能谱系统的交接面，在黑洞外视界以外黑洞显示为正能谱系统，而在黑洞外视界以内黑洞又显示为负能谱系统．有鉴于此，我们提出了一个判据，利用这个判据可以很容易地确定黑洞的热力学类型．