黑洞是宇宙中一種非常奇特的天體，它的引力極其強大，極度扭曲了其周圍的時空，導致任何落入黑洞的東西都是有去無回，包括光在內。正因如此，我們無法看到黑洞。天文學家把黑洞的外邊緣稱為事件視界，處於事件視界之外的觀察者無法知曉黑洞內的信息。當有物質太過於靠近黑洞時，它將被事件視界完全吞噬，導致它“從可觀測的宇宙中消失”。
很多科學家認為，在每個星係的中心都存在著一個超大質量黑洞。然而，有種理論認為，存在於星係中心的是一種神秘的超大質量物體，而不是一個黑洞。這意味著墜落其中的物質會撞擊到堅硬的表麵，在劇烈的衝擊下被摧毀，這樣看起來就像原先的物質消失了，這就是所謂的“硬表麵理論”。
在一項新的研究中，科學家發現，幾乎沒有證據支持硬表麵理論，而是得出了“一些或許所有的黑洞都有事件視界”的結論，這是對愛因斯坦廣義相對論的又一次成功測試。德克薩斯大學奧斯汀分校的天體物理學教授帕萬·庫馬爾（Pawan Kumar）說：“我們的動機並不在於確定有一個堅硬的表麵，而是推動知識界限，並找到在黑洞周圍確實存在事件視界的確鑿證據。”
為了弄清哪個理論是正確的，研究團隊首先確定了如果一顆恒星與超大質量物體的表麵相撞，望遠鏡將會觀測到什麽。然後，科學家估計了在附近宇宙中會發現這種現象的頻率。如果真出現這樣的撞擊，無疑會對黑洞事件視界的觀點造成衝擊。
科學家指出：“根據恒星落入黑洞的速度，以及附近宇宙的黑洞數量密度，我們計算了在三年半時間內應該會出現多少次閃光。結果表明，如果硬表麵理論是正確的，望遠鏡應該檢測到超過10次。”然而，事實上，研究團隊一次閃光也沒有發現。哈佛-史密鬆森天體物理中心的物理學家Ramesh Narayan表示：“這項研究表明，幾乎所有的黑洞都有事件視界，落入其中的物質確實從可觀測的宇宙中消失了，正如此前理論預言的那樣。因此，廣義相對論又經受住了另一個關鍵的考驗。”
黑洞事件視界的實驗測試
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德克薩斯大學奧斯汀分校和哈佛大學的天文學家對黑洞基本原理進行了測試，證實物質被吸入時會完全消失。這一結果是愛因斯坦廣義相對論測試的另一部分。該研究已發表在皇家天文學會月報上。
大部分科學家認為黑洞這種具有強大引力以至於沒什麽能逃脫其魔爪的宇宙天體被所謂的事件視界所環繞。一旦物質或者能量距離黑洞足夠近，就無法逃離而是會被吸入。雖然大家都這麽認為，但事件視界的存在尚未被證明。
德克薩斯大學奧斯汀分校天體物理學教授Pawan Kumar說道：“我們的重點是將事件視界這種想法變成實驗科學，看到底事件視界是否真的存在。”
通常認為大部分星係中心均存在特大質量黑洞。但某些理論物理學家提出，在那裏的不是黑洞，而是另一種更奇怪的超大質量物體，那種物體以某種方式避免了自身引力坍縮為事件視界環繞的奇點。這一想法是基於廣義相對論的修改理論。
黑洞事件視界的實驗測試
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奇點沒有表麵，但這種未坍縮的物體具有硬表麵。因此那些被拉近的材料，比如恒星，將不會實際地落入黑洞中，而是撞擊到這種硬表麵上並被摧毀。
Kumar、他的研究生Wenbin Lu以及哈佛史密森尼天體物理中心的理論家Ramesh Narayan提出了一種測試來確定哪種想法才是正確的。
Kumar說道：“我們的目的並沒有確認硬表麵存在那麽遠大，而是推進知識前沿，發現確實存在環繞黑洞的事件視界的確鑿證據。”
該團隊計算出當恒星撞擊附近星係中心的特大質量物體硬表麵時，望遠鏡能看到的景象：恒星的氣體將會包裹整個物體，發亮幾個月，甚至幾年。
一旦知道了要尋找的是什麽，團隊就計算出了在鄰近宇宙中這種場景的發生頻率，如果硬表麵理論是真的話。
Lu說道：“我們估計了恒星落入特大質量黑洞中的頻率。幾乎每個星係都有一個(特大質量黑洞)。我們隻考慮質量最大的，也就是重逾1億太陽質量的那些。在距離地球幾十億光年內，大約存在1百萬個這種滿足要求的黑洞。”
研究者隨後搜索了近期的望遠鏡觀測檔案。夏威夷的1.8米望遠鏡Pan-STARRS近期完成了一項觀察半個北半球天空的項目。在3.5年的期間內，該望遠鏡不斷重複掃描該區域，尋找“瞬變源”——短暫發光然後黯淡的事物。他們的目標是尋找恒星落入特大質量物體並撞擊硬表麵的期望光特征瞬變源。
Lu說道：“在給定落入黑洞的恒星頻率和鄰近宇宙黑洞數量密度的條件下，我們計算出Pan-STARRS在3.5年的觀測中應當觀察到這種瞬變源的個數。結果是如果硬表麵理論是真的，應該能檢測到10次以上。”
他們什麽都沒有找到。
Narayan說道：“我們的研究意味著某些黑洞，也可能是所有黑洞，都具有事件視界。並且材料在被這種其他物體吸入時，是真的會從可觀測宇宙中消失，正如幾十年來我們認為的那樣。廣義相對論又經受住了一次決定性試驗。”
現在該團隊提出利用更大的望遠鏡進行改進試驗：正在智利建造的8.4米大型綜合巡天望遠鏡LSST。與Pan-STARRS類似，LSST將會不斷對天空進行巡視，以更高的靈敏度發現瞬變事件。
本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。