Black hole binaries in shift-symmetric Einstein-scalar-Gauss-Bonnet gravity experience a slower merger phase
全非线性数值模拟表明，虽然具有位移对称性的爱因斯坦-标量-高斯-博内引力由于标量偶极辐射导致黑洞双星并合过程比广义相对论有所加速，但强场保守动力学显著抑制了这种加速，从而导致其并合阶段比后牛顿近似所预测的更为缓慢。
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引力是塑造宇宙的力量，它让行星保持在轨道上运行，并弯曲了光的路径。一个多世纪以来，我们对这种力量最好的描述是阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论，该理论将引力描绘为由质量引起的时空弯曲，而非一种拉力。尽管这一理论通过了目前为止所有的测试，但科学家们怀疑它可能是一个不完整的图景，特别是在引力极其强大的最极端环境中。为了探索这一点，研究人员正在寻找黑洞行为中的细微偏差，而黑洞是宇宙中存在的最巨大、最致密的物体。当两个黑洞相互螺旋靠近并发生碰撞时，它们会产生被称为引力波的时空涟漪。这些波携带了该事件的详细记录，使天文学家能够“聆听”碰撞的最后时刻，并检查游戏的规则是否符合爱因斯坦的预测，或者是否有新的机制在起作用。
一个特定的研究领域涉及在爱因斯坦方程中增加一个全新的、不可见的场，就像是在食谱中添加一种新的配料。其中一种被称为“平移对称爱因斯坦-标量-高斯-博内引力”（shift-symmetric Einstein-scalar-Gauss-Bonnet gravity）的理论认为，黑洞不仅仅是无限密度的空点，而是被一层这种新场的微弱、无形的云团所包围。这种云团，或称“标量电荷”，改变了黑洞之间相互作用的方式。根据使用了数十年的数学近似法，这种额外的场应该会导致黑洞失去能量更快，并比爱因斯坦理论预测的更迅速地螺旋靠近。人们曾预期这种加速会在数据中呈现为一个清晰、明确的信号，能被LIGO和Virgo等探测器轻易捕捉。然而，这些旧的计算依赖于一些简化假设，这些假设在黑洞距离较远时效果良好，但在它们足够接近并即将碰撞时就会失效。
为了观察当这些黑洞靠近时究竟发生了什么，一组研究人员运行了强大的计算机模拟，在不依赖那些简化捷径的情况下，模拟了碰撞的完整且混乱的现实过程。他们建立了一个类似于历史上首次探测到的黑洞合并事件（即GW150914）的数字孪生体，并观察了在新理论下其演化过程与标准爱因斯坦引力下的差异。他们使用了两种不同的、独立的计算机代码，以确保结果并非某个特定程序的故障。模拟显示，在新理论下的黑洞确实比在爱因斯坦版本中合并得更快，证实了这层无形的云团确实加速了这一过程。然而，这种加速程度远没有旧数学公式所预测的那样剧烈。其差异并非近似法所暗示的那种巨大的、明显的差距，而是一个更为微妙的偏移。
研究人员发现，这种低于预期的加速速度在于黑洞保持能量的方式。在新理论中，无形云团的存在改变了黑洞结合在一起的方式。为了使轨道缩小一定程度，系统实际上需要比在爱因斯坦理论中损失更多的总能量。这就像是黑洞在与云团的拉力进行着更激烈的抗争，需要消耗更多的能量才能靠得更近。虽然来自云团的额外辐射确实推动它们更快地靠近，但这种来自时空结构变化的阻力显著减缓了这一过程。这两个效应部分抵消了，导致最终的合并速度虽然快于爱因斯坦的预测，但远没有简单的公式所暗示的那样快。
这一发现至关重要，因为它改变了科学家解释从宇宙接收到的信号的方式。如果研究人员假设旧的简单公式在直到撞击前的整个过程中都是正确的，他们可能会误解数据，认为黑洞比实际情况更重或自转方式不同。这项研究表明，从轨道的缓慢、可预测阶段到混沌的最终撞击阶段的过渡，比之前想象的更加复杂。无形的云团不仅仅是作为一个简单的刹车或加速器；它从根本上改变了系统的能量平衡，而这种变化只有在引力最强时才会显现。这意味着，要真正测试这些新理论，科学家不能依赖粗略的估计。他们需要聆听碰撞的整首乐曲，从第一个音符到最后的寂静，利用计算机模拟的全部力量来解码自然界隐藏在强场区域中的微妙差异。
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