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作者：Robert Lea
翻译：曹靖林
编排：喻思敏
后台：李子琦
https://www.space.com/astronomy/black-holes/black-holes-can-split-in-two-but-only-if-they-spin-at-extreme-speeds
分裂形成的两个黑洞还必须能够彼此分离，而不是刚刚分开就重新落向对方、合二为一。
一个黑洞分裂成两个黑洞的想象图
图片来源：Robert Lea
科学家早已知道，当两个黑洞发生碰撞时，它们会合并成一个质量更大的黑洞。这种碰撞极其剧烈，甚至会让空间本身产生阵阵涟漪。这些在时空中传播的涟漪，就是我们所说的“引力波”。
如今，一项新研究表明，相反的过程也有可能发生：一个黑洞或许能够分裂成两个！不过，要想实现这种分裂，原来的黑洞必须以理论上允许的最高速度自转。如此惊人的自转速度，才能避免分裂后的两个黑洞立即重新落向彼此。
按照通常的物理规律，黑洞是不应该一分为二的。而这项研究的科学家们想弄清楚的是：是否存在某些特殊条件，能够让黑洞暂时突破这些物理规律的限制？
阻止黑洞分裂的一个关键因素，来自热力学。黑洞具有一种被称为“熵”（entropy）的物理属性。简单来说，熵可以用来衡量一个系统的无序程度。
不妨想象一下小孩子的蜡笔盒。当熵较低时，各种颜色的蜡笔整整齐齐地排列在盒子里；随着熵的增加，蜡笔被弄得东倒西歪，原本井然有序的状态也随之消失。如果想让它们重新排列整齐，就需要家长花费力气，亲自动手收拾。换句话说，要降低一个系统的熵，就需要从外部进行干预，并投入能量。要是不用费力就能让蜡笔自己恢复整齐，带孩子可就轻松多了！
如果一个黑洞分裂成两个，就意味着熵会减少，而这恰恰是热力学定律所极力排斥的情况。不过，这一结论只适用于不旋转的黑洞。如果黑洞正在高速自转，情况或许就大不一样了。
研究团队发现，对于这种高速自转的黑洞，物理规律似乎留下了一个特殊的“突破口”。
研究团队成员、意大利那不勒斯费德里科二世大学的弗朗切斯科·桑尼诺（Francesco Sannino）在一份声明中表示：“分裂产生的两个黑洞还必须能够彼此分离，而不是立即重新落向对方。当我们把这一要求也考虑进去时，黑洞分裂的可能性就再次变得极为有限。唯一可能的例外，是那些自转速度接近理论极限的黑洞。”
黑洞也能“穿裤子”？
研究团队进一步计算了黑洞可能发生分裂的具体过程。他们发现，在这一过程中，黑洞的外部边界——也就是所谓的“事件视界”——会形成一种奇特的、类似裤子的形状。分裂产生的两个黑洞，仿佛分别沿着两条“裤腿”向外延伸。
研究人员将这种特殊的空间结构称为“裤形拓扑”（pair-of-pants topologies）。
研究人员还发现，如果分裂后形成的两个黑洞大小相差悬殊，其中一个明显小于另一个，那么这种分裂发生的可能性就会更大。
黑洞分裂成两个黑洞时，形成了类似裤子的拓扑结构
图片来源：Francesco Sannino
桑尼诺表示：“目前，我们还无法给出一个确定的数值，来描述黑洞发生分裂的概率。这取决于超出爱因斯坦理论范围时，引力究竟会如何表现，而我们正在努力对其进行定量研究。我们预计，与那些质量大得多的天体物理黑洞相比，质量较小的原初黑洞可能更容易发生分裂。”
桑尼诺还补充道，这种黑洞分裂现象或许能够通过一种被称为“伽马射线”的高能电磁辐射被探测到。
这项研究已于10月22日发表在国际物理学期刊《物理评论D》（Physical Review D）上。
原始论文链接：
journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/cx69-t466
责任编辑：张雨荷
牧夫新媒体编辑部
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影像提供与版权: Piotr Czerski
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