黑洞的内部动力学的研究进展可能会挑战克尔度规等传统模型

一项新研究揭示，黑洞的内部动力学可能会挑战克尔度规等传统模型。由于黑洞内部的能量积累，黑洞的稳定性可能比以前想象的要差，这可能会改变我们对这些宇宙结构的理解。

长期以来，黑洞一直令科学家们着迷。 虽然它们是纯粹的引力天体，结构也相对简单，但它们隐藏的奥秘却打破了我们目前对宇宙的理解。 迄今为止，大多数研究都集中在黑洞的外部特征和周围环境上，对黑洞的内部运作基本一无所知。

在11月1日发表于Physical Review Letters的一项新研究中，来自南丹麦大学、布拉格查尔斯大学、的里雅斯特国际高等研究学院（SISSA）和新西兰惠灵顿维多利亚大学的一个国际研究小组对黑洞的内部区域进行了研究。 通过研究不同的时空模型，他们发现了一些耐人寻味的证据，表明我们对黑洞的认识可能并不全面。

该研究的合著者、南丹麦大学CP3-Origins中心博士后研究员劳尔-卡瓦略-鲁比奥（Raúl Carballo-Rubio）说，这项研究揭示了"黑洞的内部动力学在很大程度上仍然是未知的，它可以从根本上改变我们对这些天体的理解，即使是从外部的角度来看也是如此。 "这一见解为未来的研究和更深入地理解黑洞的真正本质提供了新的可能性。

广义相对论方程的克尔度规是引力天体物理学中观测到的旋转黑洞的最精确表述。 它将黑洞描绘成一个时空大漩涡，其特征是有两个地平线：一个是外地平线，没有任何东西能逃脱它的引力；另一个是内地平线，它包围着一个环状奇点，我们所知的时空在这个区域不复存在。 这个模型与观测结果非常吻合，因为黑洞外部与爱因斯坦理论的偏差受到新物理参数的调节，这些参数控制着核心的大小，而且预计会非常小。

然而，上述国际研究小组最近进行的一项研究强调了有关这些天体内部的一个关键问题：众所周知，静态内视界的特点是能量的无限积累，但这项研究表明，即使是更现实的动态黑洞，在相对较短的时间尺度内也会出现明显的不稳定性。 这种不稳定性是由于能量的积累随着时间的推移呈指数增长，直到达到一个有限但极其巨大的值，能够显著影响黑洞的整体几何形状，从而改变黑洞。

这一动态过程的最终结果尚不清楚，但这项研究表明，黑洞无法稳定在克尔度规中，至少在较长的时间尺度上是如此，尽管偏离克尔度规的速度和幅度仍在研究之中。 正如该研究的作者之一、SISSA 教授斯特凡诺-利伯拉提（Stefano Liberati）所解释的那样："这一结果表明，与之前的假设相反，克尔度规无法准确描述观测到的黑洞，至少在黑洞存在的典型时间尺度上是如此。"

因此，了解这种不稳定性的作用对于完善黑洞内部的理论模型及其与这些天体整体结构的关系至关重要。 从这个意义上说，它可以为理论模型和广义相对论之外的潜在物理学观测提供一个缺失的环节。 最终，这些结果为研究黑洞开辟了新的视角，为加深我们对黑洞内部性质和动态行为的理解提供了机会。

编译自/ScitechDaily

DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.181402