黑洞是宇宙中引人入胜、也端的天体之。它拥有个有去回的边界——事件视界；旦越过该边界，信息便法传递给远处的观察者。测量事件视界的质具有重要意义，因为它处于现代物理学若干刻问题的交汇点，这些问题涵盖了从广义相对论到量子理论的广泛域。

过去，科学只能通过黑洞周围的吸积盘、相对论喷流，或事件视界望远镜拍摄到的黑洞剪影等间接式来研究事件视界。这些都是基于电磁波的观测结果，这自然就引出了个具吸引力的问题：是否能够利用另种宇宙“信使”——引力波，加直接地探测黑洞事件视界？

如今，项新发表于《自然》的研究向前迈出了重要步。研究人员通过人类探测到的有记录以来清晰的引力波信号，成功解析出了此前直隐藏在信号中的部分——直接波（direct wave），为研究黑洞及其事件视界提供了种全新的信息来源。

直接探测事件视界

当两个黑洞彼此足够靠近时，它们会沿着螺旋轨道相互靠近，终并成为个大的黑洞。在这过程中，它们会发射引力波——即在时空结构中传播的涟漪。作为时空本身的涟漪，引力波携带着时空几何结构的直接印记。

当两个黑洞相互旋近、并时，会释放出引力波。地球上足够灵敏的探测器可以捕捉到引力波信号，从而解读出黑洞的质量和自旋。

在过去十年里松原万能胶生产厂家，LIGO–Virgo–KAGRA探测器网络已经观测到了数百个致密双星并产生的引力波事件。

引力波信号中的“铃宕”阶段尤其富含信息：它主要由系列特征振荡组成，这些振荡被称为准简正模（Quasinormal Modes），是在并后形成的新黑洞逐渐趋于平衡状态时被激发出来的。这些准简正模携带着关于终新形成的黑洞质量和自旋的详细信息。因此，通过从引力波信号中测量这些模式——这种法被称为黑洞光谱学——为研究黑洞提供了种强有力的途径。

但问题在于，虽然准简正模携带着新形成黑洞的质量与自旋信息，却并不直接地关联于事件视界本身。准确地说，它们直接关联的是黑洞周围的光环。近期的理论研究提出了种能够直接探测视界质的法。这些研究表明，在双黑洞从晚期旋近到残余黑洞形成之间的短暂并阶段，系统的轨道运动会发生转变：它不再主要由双黑洞此前的演化历史决定，而是越来越受新生残余黑洞事件视界的质支配。

在这个阶段，就会发出直接波。由于事件视界外的能层中的强烈参考系拖曳，这种直接波的振荡频率接近事件视界自转频率的两倍；同时，它会以越来越快的速率衰减，而这衰减由事件视界表面引力所支配。

双黑洞并过程中，并阶段附近的引力波辐射示意图。图中采用广泛使用的有单体（EOB）形式，将系统近似为个点粒子（小黑圆点）螺旋落入终形成的旋转黑洞。红阴影区域表示位于光环附近的势垒，PVC管道管件粘结胶它包围着能层（绿区域）。在能层中，粒子的轨迹会经历强烈的时空拖拽应——这是因为黑洞在旋转，所以它会对周围的时空产生拖曳应。由粒子运动驱动的波辐射，从早期旋近阶段（蓝箭头）直持续到终坠落阶段。在此过程中，这些波（灰箭头）会被残余黑洞的事件视界“静音”。这些波在向远处观测者传播时，还会进步受到势垒的屏蔽或筛选，终只有部分波能够到达远观测者（黑箭头）。与此同时，在穿越势垒的过程中，准简正模也被激发出来（橙箭头）。因此，引力波信号中的并部分实际上是两种成分的叠加：由源驱动的直接波（黑箭头）和自由振荡的准简正模（橙箭头）。（图/N. Liu et al.）

这种直接波出现在引力波信号强的阶段附近，并与准简正模同时存在。重要的是，这种直接波已经有可能利用当前的LIGO–Virgo–KAGRA探测网络被观测到。因此，在近期观测到的引力波事件中寻找这种信号也具吸引力。这将开辟种前所未有的直接途径，用于研究黑洞能层和事件视界的动力学质。

隐藏在强引力波信号中的直接波

在迄今探测到的所有双黑洞并事件中，于2025年1月14日探测到的GW250114引力波信号是清晰的。此前，这事件已经被用于精度检验霍金面积定律，并对并后形成的黑洞开展黑洞光谱学研究。

尽管GW250114的信号如此之强，直接波仍然隐藏在两个原始黑洞螺旋靠近并碰撞过程中产生的其他引力波之中。因此，研究人员采用了新的分析技术，将这特征从强的引力波成分中仔细分离出来，从而揭示了它的存在。

GW250114事件在LIGO Hanford探测器中的白化应变数据。（图/N. Liu et al.）

几十年来，事件视界直是理论物理学的核心研究对象，但来自其附近区域的直接信息却直难以获取。来自如此接近黑洞区域的光很难被观测到，因此引力波成为我们唯能够入研究那里的途径。而直接波正是引力波信号中接近事件视界信息的那部分。

这项分析表明，直接波是旋近之后引力波信号中个立且可测量的成分，从而建立了种新的观测途径，使我们能够直接测量黑洞能层中的时空拖拽应，并能够在动态、强引力环境下探索（近）事件视界物理。

#参考来源：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10696-0

https://theconversation.com/a-direct-wave-from-colliding-black-holes-reveals-signature-of-a-whirlpool-in-spacetime-286032

#图片来源：

封面图&图：NASA’s Goddard Space Flight Center相关词条:铁皮保温施工     隔热条设备     锚索    离心玻璃棉    万能胶生产厂家

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