圓盤、尖峰和云：一窺黑洞的后院 _黑洞

藝術家對基于太空的LISA實驗探測引力波的印象。有了這樣的未來測量，窺視黑洞的后院將成為可能。鳴謝:美國宇航局
據阿姆斯特丹大學：2015年首次直接探測到引力波，打開了一扇新的宇宙之窗，特別是能夠觀測成對的大質量黑洞的合并。這個年輕的研究領域發展得非常快，到目前為止，已經觀察到幾十個黑洞合并。
目前的觀測僅限于坍縮的最后階段——通常只有幾秒鐘——當發出的引力波極其強大時。幸運的是，一些新的實驗正在建立，這將使研究人員在合并發生前更長時間地觀察黑洞對，甚至可能長達數年。
當這些更精確的測量開始出現時，研究人員希望做好準備并能夠解釋它們。皮帕·科爾(Pippa Cole)是吉安弗蘭科·貝爾托內小組的博士后研究員，也是發表在《自然·天文學》上的一篇新文章的第一作者，他解釋說:“通過目前的測量，我們可以了解一些關于合并黑洞本身的事實，但對合并發生的環境卻知之甚少。那個環境本身就非常有趣。例如，它可以告訴我們當前天體物理學中的另一個謎團:暗物質。一旦我們可以使用像LISA這樣的即將到來的探測器更長時間地觀察合并的黑洞，就有可能對它們的環境做出有意義的陳述。”
黑洞環境
黑洞周圍至少有三種不同類型的有趣環境。最著名的一個是所謂的吸積盤——一個圍繞黑洞旋轉的非常熱的氣體盤，就像事件視界望遠鏡最近拍攝的那些一樣。但是還有其他的可能性。
黑洞可能被超輕粒子云包圍，形成天文學家稱為引力原子的結構。最后，可能存在暗物質，這是一種難以捉摸的物質形式，似乎滲透到宇宙的各個層面，但其基本性質仍然未知。隨著黑洞的形成和成長，預計它會在黑洞周圍積累，形成高密度的結構，稱為尖峰。
科爾指出，“美妙的是，有了新的觀察，將有可能區分所有三種情況——以及區分黑洞后院是空的，兩個黑洞在真空中相互螺旋運動的情況。我們設法開發了統計技術，如果有足夠的數據和兩個黑洞之間足夠大的質量差異，應該能夠非常清楚地區分所有四種情況。”
根據科爾和他的合作者的說法，即將到來的一代實驗將能夠識別在存在環境的情況下黑洞合并產生的引力波，無論是吸積盤，引力原子還是暗物質尖峰。這為利用引力波尋找新的超輕粒子以及暗物質候選者提供了可能性。
貝爾托內說，“這是激動人心的時刻。我們將很快進入物理學和天文學的新時代。就像精密粒子物理學允許我們在地球上的粒子加速器中搜索新的物理一樣，精密引力波天文學將很快允許我們在宇宙中搜索暗物質和新粒子。”