Завдяки їх схильності всмоктувати все, що їх оточує - навіть світлі - чорні діри не розголошують підказки про їхнє походження чи історію. Цей розчаровуючий факт змусив учених у 1960-х роках заявити, що чорні діри "не мають волосся". Під цим дослідники мали на увазі, що чорні діри мають дуже мало відмінних характеристик, щоб відокремити одну від іншої.
Тепер нові розрахунки дозволяють припустити, що деякі чорні діри можуть відростити волосся, але вони не можуть тримати його довго. Згідно з новою роботою, чорні діри, які крутяться при майже (але не зовсім) максимальному можливому обертанні, демонструють деякі унікальні властивості. Але ці властивості зберігаються задовго до того, як чорна діра стане «лисою» та стане невідрізною від інших подібних.
"Це цікава знахідка, оскільки це тимчасова поведінка", - сказав автор дослідження Ліор Бурко, фізик із Theiss Research в Каліфорнії.
Метафора для волосся з чорних дір виросла з математики, яку зробили фізики Джейкоб Бекенштейн та Джон Уілер у 1960-х та на початку 1970-х. Дослідники стверджували, що за загальною теорією відносності Ейнштейна чорні діри можна описати лише трьома спостережуваними параметрами: їх масою, імпульсом імпульсу та електричним зарядом. Все інше, вся інша інформація, потрапляє в гравітаційну тягу чорної діри, тому її неможливо спостерігати. З огляду на дві чорні діри, які збігаються за всіма трьома значеннями, було б функціонально неможливо відрізнити одне від іншого.
З того часу теоретики ведуть полювання на щось, що може відрізнити чорні діри один від одного. Якби вчені могли щось знайти, це може відкрити нові відкриття про походження конкретних чорних дір. Наприклад, хоча багато чорні діри вважаються залишками зірваних зірок, деякі, можливо, утворилися відразу після Великого вибуху, зростаючи з аномально щільних областей у найбільш ранній універсальній тканині. Одна з цих споконвічних чорних дір була б не відмінна від зоряної чорної діри, якби вони мали однакову масу, кутовий імпульс та електричний заряд.
У 2018 році група дослідників під керівництвом фізика Деяна Гаджича з Кембриджського університету виявила, що крайні чорні діри, ті, з максимально можливим електричним зарядом, мають унікальні властивості, які можуть відрізняти об'єкти один від одного. Ці властивості включали вимірювані зміни горизонту подій чорної діри (точки, в якій гравітаційна сила настільки сильна, що світло не може вийти) і її горизонту Коші (точки, в якій причинно-наслідковий зв’язок між минулим і майбутнім руйнується через наслідки згинального часу сильного гравітаційного поля).
Бурко та його колеги зацікавились, чи можуть унікальні властивості міститись у чорних дірах, які майже екстремальні, але не зовсім. Дослідники зробили математику для двох видів чорних дір. Перша - це майже екстремальна чорна діра Рейснера-Нордстрема, тип чорної діри, який має майже максимально можливий електричний заряд, але не обертається. Друга, майже екстремальна чорна діра Керра, - це тип чорної діри, який обертається при майже максимальному віджиманні, але не має електричного заряду.
В обох цих майже крайніх чорних дірах дослідники знайшли докази «волосся» - на час. Унікальні властивості майже екстремальних чорних дір піддаються вимірюванню, коли імітаційна чорна діра вперше формується, дослідники повідомили 15 листопада в журналі Physical Review Research, але з часом занепадають у квадратичну функцію часу. Це означає, що значення спочатку швидко зменшуються, а потім продовжують зменшуватися повільніше з часом. (Дослідницька група не підрахувала, наскільки швидко це відбуватиметься в режимі реального часу, що буде відрізнятися залежно від маси, віджиму та заряду даної чорної діри.)
"Короткий час поводиться так, як у нього є волосся, як би максимально пряла чорна діра", - сказав Бурко для Live Science. "Але через деякий час воно починає втрачати це волосся, щоб з часом воно знову стає лисим".
Хоча всі ці розрахунки в даний час теоретичні, є сподівання на спостереження в реальному світі, які б відповідали або суперечили висновкам. Експеримент "Лазерний інтерферометр" Гравітаційно-хвильова обсерваторія (LIGO) зараз активно вимірює гравітаційні хвилі, які пульсацію в просторі-часі створюються масивними об'єктами, такими як нейтронні зірки та чорні діри. Для вимірювання гравітаційних хвиль LIGO використовує дві наземні обсерваторії. І ці вимірювання могли б дати погляд на волохаті чорні діри.
Майбутній проект - космічна антена «Лазерний інтерферометр» (LISA) запустить три космічні апарати для виявлення гравітаційних хвиль з космосу. Цей проект розроблений для виявлення гравітаційних хвиль із надмасивних чорних дір. Немає інформації про те, як довго потрібно буде провести ці експерименти, щоб зловити майже екстремальну чорну діру, - сказав Бурко, але якщо хтось з'явиться, його гравітаційні хвилі можуть мати волосся.
