霍金輻射是現(xiàn)代物理學(xué)中最深刻的概念之一，它預(yù)測黑洞會在大時間尺度上緩慢蒸發(fā)。然而，這種輻射極其微弱，使其被直接檢測成為看似不可能的壯舉。最近的一項(xiàng)研究提出了一種革命性的方法：利用黑洞合并的災(zāi)難性事件，來觀察從碰撞過程中噴射出的“黑洞碎片” 所發(fā)出的霍金輻射。

我們對黑洞的理解源于愛因斯坦的廣義相對論。根據(jù)這個理論，黑洞的巨大引力會創(chuàng)造一個無與倫比的邊界——事件視界，在那里即使是光也無法逃脫。

然而，在1975年，史蒂芬·霍金提出了一個開創(chuàng)性的想法。量子力學(xué)，支配原子和亞原子水平粒子行為的理論，規(guī)定黑洞周圍的真空并非真正空無一物。相反，它會因虛粒子對的產(chǎn)生和湮滅而波動。偶爾，其中一個粒子會掉入黑洞，而另一個粒子會逃逸作為霍金輻射。

隨著時間的推移，這種輻射可以導(dǎo)致黑洞逐漸失去質(zhì)量，這一現(xiàn)象被稱為黑洞蒸發(fā)。霍金輻射的大小與黑洞質(zhì)量成反比，黑洞越小，其霍金輻射也越強(qiáng)，蒸發(fā)得也就越快。像星系中心的黑洞這樣超大質(zhì)量的黑洞，蒸發(fā)得極其緩慢，發(fā)出的輻射遠(yuǎn)低于我們能夠探測的水平。

這就是黑洞合并的用武之地，當(dāng)兩個黑洞碰撞時，會發(fā)生一場激烈的舞蹈，最終形成一個更大的單一黑洞。然而，一些最初的質(zhì)量可能以極小的黑洞的形式被拋出，即前面提到的“碎片”。這些碎片，由于體積微小，會蒸發(fā)得更快，可能會釋放出可探測的霍金輻射。

該研究提出，這些碎片的特征可能存在于高能伽馬射線領(lǐng)域，特別是在太電子伏特(TeV)范圍內(nèi)。這個能量范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡的能力，但落入了地面大氣切倫科夫望遠(yuǎn)鏡的范圍，例如HESS、LHAASO 和 HAWC。這些望遠(yuǎn)鏡可以檢測到高能粒子與地球大氣相互作用時發(fā)出的微弱藍(lán)光——切倫科夫輻射。

該研究認(rèn)為，盡管這些碎片各自都很弱，但來自碎片的集體霍金輻射仍足以被這些靈敏的大氣切倫科夫望遠(yuǎn)鏡拾取。通過分析檢測到的伽馬射線的譜和強(qiáng)度，科學(xué)家們可能能夠推斷碎片的性質(zhì)，從而首次瞥見霍金輻射的作用。

然而，仍有重大挑戰(zhàn)需要克服。目前對黑洞合并和碎片形成的理解仍在不斷發(fā)展。此外，區(qū)分霍金輻射信號和背景噪聲以及其他天體物理現(xiàn)象將是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。盡管如此，潛在的回報是巨大的。

成功測量霍金輻射將是一項(xiàng)巨大的成就，驗(yàn)證了理論物理學(xué)的基石。它將為我們提供對黑洞、量子引力和時空結(jié)構(gòu)本質(zhì)的寶貴見解。此外，它還可能打開通往高能宇宙的新窗口，揭示與黑洞合并相關(guān)的奇異現(xiàn)象。