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黑洞面積定律指出，在經典物理過程中，黑洞事件視界的總面積始終不會減少，這一定律構成了黑洞熱力學的基石。然而，在引力波成功探測之前，該理論預言一直未被直接且定量的天文觀測驗證。引力波天文學的誕生，特別是頻繁探測到的雙黑洞并合事件，為在強場、動態時空中檢驗這一定律提供了“宇宙實驗室”。在引力波成功探測十周年之際，中國科學院紫金山天文臺牽頭的科研團隊，利用第四期引力波源目錄中一例信噪比極高的雙黑洞并合事件GW230814，對黑洞面積定律開展了新檢驗。雙黑洞并合過程一般可分為旋近、并合與鈴宕三個階段。并合階段處于高度非線性、強場動力學的極端物理環境中，是最有可能出現新物理或偏離廣義相對論的階段；而旋近與鈴宕階段的引力波輻射，被認為可由廣義相對論可靠地描述。團隊選擇GW230814事件作為關鍵研究對象，源于其優異的觀測特性：極高的信噪比確保了信號波形的清晰度，而其合適的黑洞質量與自旋參數，保證了并合前后的信號在探測器頻段內均具有足夠的信噪比，從而為分別在旋近階段和鈴宕階段獨立且精確地推斷黑洞參數提供了理想條件。研究團隊對GW230814事件的旋近階段與鈴宕階段分別進行了參數推斷，約束并合前后黑洞質量與自旋，進而計算事件視界面積變化。在分析過程中，團隊考慮了多項不確定性因素，包括天空定位誤差、波形模板的系統誤差、鈴宕階段建模的選擇，以及旋近終止與鈴宕起始時間等。結果表明，并合后黑洞的事件視界面積，以極高的后驗概率大于并合前兩個黑洞的事件視界面積之和，統計置信度可達4.1σ。該結果有力地支持了黑洞面積定律，進一步驗證了廣義相對論在黑洞并合這一強場、動力學極端過程中的有效性與自洽性，并間接支持了“宇宙監督假設”等黑洞基礎理論。該研究為未來探索黑洞量子效應、黑洞熱力學乃至量子引力理論奠定了堅實的觀測基礎。隨著第三代引力波探測器的建成，通過對大量事件的族群分析，未來將有望以更高精度探尋可能偏離經典理論的量子引力或新物理效應。相關研究成果發表在《科學通報》（Science Bulletin）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會等的支持。論文鏈接并合前后黑洞事件視界面積變化的測量值與預期值之比的概率密度分布