圆盘、尖峰和云：一窥黑洞的后院

艺术家对基于太空的LISA实验探测引力波的印象。有了这样的未来测量，窥视黑洞的后院将成为可能。鸣谢:美国宇航局

（蜘蛛网eeook.com）据阿姆斯特丹大学：2015年首次直接探测到引力波，打开了一扇新的宇宙之窗，特别是能够观测成对的大质量黑洞的合并。这个年轻的研究领域发展得非常快，到目前为止，已经观察到几十个黑洞合并。

目前的观测仅限于坍缩的最后阶段——通常只有几秒钟——当发出的引力波极其强大时。幸运的是，一些新的实验正在建立，这将使研究人员在合并发生前更长时间地观察黑洞对，甚至可能长达数年。

当这些更精确的测量开始出现时，研究人员希望做好准备并能够解释它们。皮帕·科尔(Pippa Cole)是吉安弗兰科·贝尔托内小组的博士后研究员，也是发表在《自然·天文学》上的一篇新文章的第一作者，他解释说:“通过目前的测量，我们可以了解一些关于合并黑洞本身的事实，但对合并发生的环境却知之甚少。那个环境本身就非常有趣。例如，它可以告诉我们当前天体物理学中的另一个谜团:暗物质。一旦我们可以使用像LISA这样的即将到来的探测器更长时间地观察合并的黑洞，就有可能对它们的环境做出有意义的陈述。”

黑洞周围至少有三种不同类型的有趣环境。最著名的一个是所谓的吸积盘——一个围绕黑洞旋转的非常热的气体盘，就像事件视界望远镜最近拍摄的那些一样。但是还有其他的可能性。

黑洞可能被超轻粒子云包围，形成天文学家称为引力原子的结构。最后，可能存在暗物质，这是一种难以捉摸的物质形式，似乎渗透到宇宙的各个层面，但其基本性质仍然未知。随着黑洞的形成和成长，预计它会在黑洞周围积累，形成高密度的结构，称为尖峰。

科尔指出，“美妙的是，有了新的观察，将有可能区分所有三种情况——以及区分黑洞后院是空的，两个黑洞在真空中相互螺旋运动的情况。我们设法开发了统计技术，如果有足够的数据和两个黑洞之间足够大的质量差异，应该能够非常清楚地区分所有四种情况。”

根据科尔和他的合作者的说法，即将到来的一代实验将能够识别在存在环境的情况下黑洞合并产生的引力波，无论是吸积盘，引力原子还是暗物质尖峰。这为利用引力波寻找新的超轻粒子以及暗物质候选者提供了可能性。

贝尔托内说，“这是激动人心的时刻。我们将很快进入物理学和天文学的新时代。就像精密粒子物理学允许我们在地球上的粒子加速器中搜索新的物理一样，精密引力波天文学将很快允许我们在宇宙中搜索暗物质和新粒子。”