黑洞是太空中具有超强引力场的区域，无论物质或辐射都很难从黑洞中逃逸出，黑洞是最神秘、最迷人的宇宙现象之一。在过去的五年左右，天体物理学家收集了黑洞周围强引力的首次观测。
LIGO-Virgo科学协同组织能够使用世界上一些最先进的引力波探测器，来探测这些天体周围的引力波。同时，事件视界望远镜（EventHorizonTelescope研究小组捕获了黑洞阴影的第一张图像。
虽然这两个观测结果都非常有希望和迷人，但它们都不可能深入揭示事件视界。事件视界，即围绕黑洞定义空间特定区域的边界，一旦进入了此边界，没有任何东西可以逃脱。尽管如此，它们应该包含指向事件视界之外的相邻区域的特征点——光环，黑洞的超强引力将光线扭曲得如此强烈，以至于其路径在其自身上方闭合，形成称为光环的圆形轨道。
研究这些光环可以丰富我们对黑洞及其性质的当前理解。但是，到目前为止，仍然有许多问题尚未得到解答，值得高兴的是，我们对距离黑洞和围绕它们的光环已经有了新理论。
德国马克斯·普朗克引力物理研究所和葡萄牙阿维罗大学的研究人员，最近提出了一个定理，对静止黑洞周围的光环进行预测。他们定理发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，指出平衡黑洞在其每个旋转方向上都必须至少有一个光环。
"值得注意的是，光环的特性可以编码许多相关的黑洞信息，"两位进行这项研究的研究人员佩德罗·库尼亚和卡洛斯·赫代罗，通过电子邮件告诉我们。"测量这些特性，可以直接进入靠近黑洞的难以捉摸，但相当未知的强引力系统。目前，爱因斯坦的广义相对论是否仍然很好地描述了如此极端条件下的引力定律，目前仍不得而知。因此，一个关键问题是：任何黑洞模型，在任何引力理论中，都需要有一个光环吗？”
根据广义相对论，黑洞在平衡状态和真空空间中的特性受到很大限制。过去的宇宙观测表明，这些经典的黑洞拥有光环轨道，这可能意味着任何可能的黑洞也将具有这些轨道。
通过他们的研究，库尼亚和赫代罗试图研究将光环轨道的概念外推，并将其应用于具有一般物质含量的黑洞或替代引力理论（即，不是广义相对论）的可能性。他们设计的新定理，为预测通用平衡黑洞必须至少具有一个光环轨道，提供了坚实的理论依据。
库尼亚和赫代罗说："在我们的论文中，我们引入了一个通用的、数学上创新的论点，该论点确定，在每个旋转方向，一个静止黑洞通常意义上至少有一个标准光环。"为了分析光环，通常，人们会考虑特定引力理论的解族，如广义相对论或某些特定修改引力模型。然而，在这里，这个论点具有拓扑性质。
拓扑是数学的特定区域，侧重于研究当物体发生变形或其他形状和大小变化时不受影响的几何属性。拓扑研究的关键思想是，有些问题不受对象的确切形状和大小的影响，而是受这些对象相互变形的方式的影响。
研究人员解释说："作为一个简单的例子，球体和甜甜圈的孔数不同，在拓扑上是不同的。"相反，球体和立方体具有相同的拓扑，尽管几何形状不同。
在他们的论文中，库尼亚和赫代罗将拓扑结构应用于黑洞周围是否存在光环轨道的问题。他们的定理不是使用特定引力理论，提供的运动方程来尝试回答这个问题，而是简单地研究时空在黑洞附近和远离黑洞的地方应该如何运行。
"换句话说，我们不假设一个引力定律是正确的，而只假设正确的引力定律允许黑洞的存在，"库尼亚和赫代罗说。"然后，迫使时空结构服从一些规律性要求，黑洞的存在意味着在事件视界外必须有一个光环。事实上，旋转黑洞必须至少有两个光环：一个用于以与黑洞相同的旋转方向绕黑洞旋转的光环，另一个用于在相反方向绕黑洞旋转的光环。
库尼亚和赫代罗最近的论文提供了新的理论视角，可以作为进一步研究黑洞周围光环的基础。它的主要优点是它的通用性，因为它不遵循任何特定的引力理论，因此即使爱因斯坦的广义相对论在这种情况下不适用或不准确，它仍然有效。
库尼亚和赫代罗说："黑洞总是有光环，而且总是在事件视界之外，这种预测会产生重要后果。"例如，这意味着黑洞的轮廓（通常称为黑洞阴影）通常有所不同，并且通常大于黑洞本身的大小。因此阴影应始终是黑洞的放大。
虽然它理论上可能很强大，就像适用于真实系统的任何其他数学定理一样，库尼亚和赫代罗引入的拓扑结构是基于一系列假设。在未来的工作中，研究人员计划改变其中一些假设，并评估他们的定理预测是改变还是保持不变。
"我们定理的一个关键假设是，远离黑洞，没有引力场。"库尼亚和赫代罗说，“但是，在宇宙中，存在一个宇宙常数，它驱动着宇宙的膨胀。无论距黑洞有多远，这都会创建一个微小的引力场。了解假设的这种细微变化是否会改变我们定理的结论，将是非常有趣的事情。”
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