Благодаря их склонности впитывать все вокруг, даже светлые, черные дыры не разглашают информацию об их происхождении или истории. Этот разочаровывающий факт побудил ученых в 1960-х годах заявить, что черные дыры "не имеют волос". Под этим исследователи подразумевали, что у черных дыр было очень мало отличительных характеристик, чтобы отделить одну от другой.
Теперь, новые расчеты предполагают, что некоторые черные дыры могут отрастить волосы, но они не могут держать их долго. Согласно новой работе, черные дыры, которые вращаются почти (но не совсем) максимально возможного вращения, показывают некоторые уникальные свойства. Но эти свойства не сохраняются задолго до того, как черная дыра становится «лысой» и становится неотличимой от других в своем роде.
«Это интересная находка, потому что это временное поведение», - говорит автор исследования Лиор Бурко, физик из Theiss Research в Калифорнии.
Метафора для волос черной дыры выросла из математики, сделанной физиками Якобом Бекенштейном и Джоном Уилером в 1960-х и начале 1970-х годов. Исследователи утверждали, что согласно общей теории относительности Эйнштейна, черные дыры могут быть описаны только тремя наблюдаемыми параметрами: их массой, их угловым моментом и их электрическим зарядом. Все остальное, вся другая информация, находится внутри гравитационного притяжения черной дыры и поэтому невозможно наблюдать. Учитывая две черные дыры, которые совпадают по всем трем значениям, было бы функционально невозможно отличить одно от другого.
С тех пор теоретики охотятся за тем, что может отличить черные дыры друг от друга. Если бы ученые смогли что-то найти, это могло бы открыть новые откровения о происхождении тех или иных черных дыр. Например, хотя многие черные дыры считаются остатками коллапсирующих звезд, некоторые, возможно, образовались сразу после Большого взрыва, сливаясь из аномально плотных областей в самой ранней универсальной ткани. Одна из этих изначальных черных дыр была бы неотличима от звездной черной дыры, если бы они имели одинаковую массу, момент импульса и электрический заряд.
В 2018 году группа исследователей во главе с физиком Деяном Гаджиком из Кембриджского университета обнаружила, что крайние черные дыры, обладающие максимально возможным электрическим зарядом, обладают уникальными свойствами, которые могут отличать объекты друг от друга. Эти свойства включали измеримые изменения горизонта событий черной дыры (точки, в которой сила гравитации настолько сильна, что свет не может уйти), и ее горизонта Коши (точки, в которой нарушается причинно-следственная связь между прошлым и будущим из-за изгибающие эффекты сильного гравитационного поля).
Бурко и его коллеги интересовались, могут ли уникальные свойства сохраняться в черных дырах, которые являются почти экстремальными, но не совсем. Исследователи сделали математику для двух видов черных дыр. Первая - это почти экстремальная черная дыра Рейсснера-Нордстрема, тип черной дыры, которая имеет почти максимально возможный электрический заряд, но не вращается. Вторая, почти экстремальная черная дыра Керра, представляет собой тип черной дыры, которая вращается с почти максимальным вращением, но не имеет электрического заряда.
В обеих этих почти экстремальных черных дырах исследователи обнаружили признаки «волоса» - какое-то время. Исследователи сообщили 15 ноября в журнале Physical Review Research, что уникальные свойства почти экстремальных черных дыр измеримы, когда формируется моделируемая черная дыра, но со временем уменьшаются в квадратичной функции времени. Это означает, что сначала значения быстро уменьшаются, а затем продолжают уменьшаться с течением времени. (Исследовательская группа не рассчитала, как быстро это произойдет в режиме реального времени, которое будет различаться в зависимости от массы, спина и заряда данной черной дыры.)
«В течение короткого времени ведет себя так, как будто у него волосы, как у максимально вращающейся черной дыры», - сказал Бурко в интервью журналу Live Science. «Но через некоторое время он начинает терять эти волосы, так что в конце концов он снова становится лысым».
Хотя все эти расчеты в настоящее время являются теоретическими, есть надежда на реальные наблюдения, которые будут соответствовать или противоречить результатам. Эксперимент с лазерной интерферометром в гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) в настоящее время активно измеряет гравитационные волны, которые представляют собой пульсации в пространстве-времени, создаваемые массивными объектами, такими как нейтронные звезды и черные дыры. LIGO использует две наземные обсерватории для измерения гравитационных волн. И эти измерения могут дать представление о волосатых черных дырах.
Предстоящий проект, Лазерная космическая антенна интерферометра (LISA), запустит три космических корабля для обнаружения гравитационных волн из космоса. Этот проект предназначен для обнаружения гравитационных волн от сверхмассивных черных дыр. По словам Бурко, пока неизвестно, сколько времени придется проводить этим экспериментам, чтобы поймать в действие почти экстремальную черную дыру, но, если кто-то поднимется, у его гравитационных волн могут быть волосы.
