1974年，斯蒂芬·霍金提出理論，認為黑洞並非是黑色的，而是會緩慢地釋放熱輻射。霍金的預言震撼了物理學的核心，因為它暗示黑洞不可能永遠存在，而是會在漫長的時間裡蒸發殆盡——然而，除了一個小問題：根本沒有辦法看到如此微弱的輻射。但是，根據一些天體物理學家的說法，如果這種“霍金輻射”能夠以某種方式被激發和放大，它就可能是可探測的。他們現在聲稱已經在有史以來觀測到的最大規模黑洞碰撞的餘波中看到了它的跡象。
然而，這一說法極具爭議，因為其他對此類引力波回聲的搜尋都一無所獲。
2019年5月，美國的雷射干涉引力波天文臺（LIGO）和義大利的Virgo觀測到了來自兩個黑洞合併的引力波——時空結構中的漣漪，這兩個黑洞的總質量為151個太陽質量。合併後留下了一個142個太陽質量的黑洞。九個太陽質量的差值以輻射的形式釋放出去，幾乎全部以引力波的形式。 挪威斯塔萬格大學的Jahed Abedi在挪威說：“這是迄今為止觀測到的最大規模的事件。”他是一篇預印本論文的合著者，他和他的同事在論文中聲稱測量了這次合併的霍金輻射。
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來自這次事件（名為GW190521）的引力波不僅向外傳播，最終與地球上的LIGO和Virgo探測器相互作用；它們還衝刷了最初碰撞產生的殘留黑洞。接下來會發生什麼取決於您對黑洞物理學的看法。如果黑洞完全由愛因斯坦的廣義相對論描述，那麼它們就有一個事件視界——一個單向邊界，任何東西都可以落入其中，但沒有任何東西可以逃脫。“在標準的黑洞圖景中，黑洞的事件視界吸收所有輻射，”羅馬薩皮恩扎大學的理論物理學家Paolo Pani說。因此，向內傳播的引力波應該會消失。
但這可能不是實際發生的情況。物理學家認為，需要某種量子物理學和廣義相對論的結合才能充分描述黑洞，在這種情況下，一部分入射引力波可能會被反射——要麼是因為視界附近的量子效應，要麼是因為合併產生的緻密物體缺乏視界並且具有某種內部結構。如果是這樣，LIGO、Virgo和其他探測器收集的資訊中可能存在這種回聲般的訊號。與聲波回聲類似，與來自合併的原始引力波相比，此類訊號會弱得多且略有延遲。
這種回聲的確切外觀取決於所建模的確切物理原理。例如，人們認為黑洞視界之外的區域是一個熙熙攘攘的地方，充滿了不斷湧現和消失的虛粒子對。有時，其中一對粒子中的一個會落入黑洞，而另一個則會逃逸。這些逃逸的粒子構成了霍金輻射。這是一個極其緩慢的過程。在GW190521事件中，Abedi和他的同事認為，殘留物產生霍金輻射的速度可能會大大加快——換句話說，受到入射引力波的激發。
該原理與原子中受激輻射過程中發生的現象有些相似。在這個過程中，光子擊中原子中“受激”的電子，導致電子下降到較低的能級，同時釋放出與入射光子波長相同的光子。在某些情況下，這種受激輻射可以遠遠超過自發的“背景”輻射（其中電子自行從較高的能級下降到較低的能級並釋放出一個光子）。Abedi和他的同事推測，與黑洞事件視界相互作用的引力波應該以類似的方式激發霍金輻射的產生，使其水平遠遠超過自發輻射，從而使其可探測。這種輻射將構成與入射波波長相同的引力波，儘管強度要低得多。
研究人員聲稱已經從GW190521殘留物中看到了這種受激霍金輻射的跡象。他們使用了兩種不同的方法來分析LIGO和Virgo收集的GW190521資料。第一種方法比較了兩個模型：一個模型完全基於廣義相對論，沒有合併後回聲或訊號，另一個模型包括受激霍金輻射。“如果你比較它們，[廣義相對論]加上合併後受激輻射更受青睞七倍，”Abedi說。
第二種方法對任何特定模型都不可知，只是簡單地尋找來自不同探測器的合併後引力波的相干爆發。該團隊聲稱他們發現了這樣的爆發。“[這兩種方法]彼此一致，”Abedi說。
研究人員的統計分析給出了0.5%的機率（大約兩百分之一的機會），表明所謂的訊號實際上只是噪聲。通常，對於物理學家來說，要聲稱一項發現，誤報的機率必須低於百萬分之一。因此，未參與該團隊的Pani持謹慎態度。“他們擁有的統計證據……絕對太低，無法聲稱是一項測量，”他說。
“這不是一個非常響亮的訊號，”Abedi承認，並補充說，儘管如此，這已經是當前引力波探測器所能做到的最好的結果。“我們的目標是下一代探測器。”
Pani同意，諸如雷射干涉空間天線（LISA）之類的設施，這是一個由歐洲航天局主導的專案，計劃於2030年代後期發射，將更適合此類研究。“有了未來的探測器，如果真的有什麼東西存在，我們將獲得必要的證據來聲稱這是一項測量，”他說。
即使訊號的證據在統計上更顯著，Pani仍然對Abedi及其同事聲稱這將是霍金輻射證據的說法持批評態度。“他們本可以聲稱測量了引力波回聲。[說]這是受激霍金輻射是一個很大的概念性步驟，”Pani說。“在其他模型中，它可能是其他東西。”
就在上個月，LIGO、Virgo和日本的神岡引力波探測器（KAGRA）的成員聯手釋出了他們最新引力波資料分析的預印本。他們研究了15個事件，其中14個是兩個黑洞合併，一個是黑洞與中子星合併。所有事件都已被兩個或多個探測器觀測到。“這項分析包括GW190521。我們沒有發現任何回聲或任何其他偏離廣義相對論預測的證據，”芝加哥大學的LIGO團隊成員Daniel Holz說。“如果回聲存在，或者任何其他推測性地偏離廣義相對論的現象存在，那將是非常令人興奮的，但看起來迄今為止的資料中沒有令人信服的證據表明它們存在。愛因斯坦的理論通過了迄今為止的所有測試。它非常有效和準確，令人有些尷尬。”
與此同時，Pani正在關注未來，看看Abedi及其同事關於受激霍金輻射或一般回聲的說法是否得到證實。“如果這在未來得到證實，這將是一個巨大的進步，”Pani說，“特別是對於整個領域而言，因為它將為黑洞的量子特性提供一種門戶，否則將無法透過其他方式看到。”