Zwarte gaten 'hebben geen haar':geen attributen waarmee ze van elkaar kunnen worden onderscheiden. Extreme zwarte gaten (draaien met maximaal toegestane snelheid) kunnen een extra eigenschap hebben, permanent haar dat is gemaakt van een massaloos scalair veld. Bijna extreme zwarte gaten (zoals Gargantua, het zwarte gat in de film "Interstellar") hebben haar dat een voorbijgaand fenomeen is:bijna extreme zwarte gaten die proberen haar opnieuw te laten groeien, zullen het verliezen en weer kaal worden.

De zwarte gaten van Einsteins relativiteitstheorie kunnen volledig worden beschreven door slechts drie parameters:hun massa, draaiimpulsmoment, en elektrische lading. Aangezien twee zwarte gaten die deze parameters delen niet kunnen worden onderscheiden, hoe ze ook gemaakt zijn, Van zwarte gaten wordt gezegd dat ze "geen haar hebben" - ze hebben geen extra attributen die kunnen worden gebruikt om ze van elkaar te onderscheiden.

In het begin van de jaren zeventig leverde wijlen Jacob Bekenstein een bewijs voor het niet-bestaan ​​van haar gemaakt van scalaire velden, gegeven een reeks aannames over de eigenschappen van de laatste. Onderzoeker Lior Burko van Theiss Research zei:"Sinds het bewijs van Bekenstein, verschillende kranten hebben voorbeelden gevonden voor scalair haar, en al deze voorbeelden schenden een van de veronderstellingen van Bekenstein. Maar in alle gevallen, het haar was gemaakt van het scalaire veld zelf."

Onlangs, er is aangetoond dat zwarte gaten die worden opgeladen door de maximaal mogelijke elektrische lading ("extreme zwarte gaten") een extra eigenschap kunnen hebben, permanent haar dat is gemaakt van een massaloos scalair veld, en dat dit nieuw gevonden haar van grote afstand kan worden waargenomen. "Een massaloos scalair haar schendt geen van de aannames die ten grondslag liggen aan het bewijs van Bekenstein. Het was een grote verrassing voor mij toen dit nieuwe haar werd gevonden door Angelopoulos, Aretakis, en Gajic, dus ik wilde het in meer detail bekijken. Het is haar in een andere betekenis dan de soorten haar die eerder werden gevonden. Het is niet het scalaire veld zelf, maar een bepaalde integraal op een afgeleide van het scalaire veld dat moet worden berekend op het oppervlak van het zwarte gat, op zijn gebeurtenishorizon, ' zei Burko.

Het nieuwe haar kan op grote afstand worden waargenomen, door daar een andere hoeveelheid te berekenen. "De meting op grote afstand die Angelopoulos, Aretakis, en Gajic gevonden is strikt genomen alleen nauwkeurig op een oneindig laat tijdstip, "voegde Burko eraan toe. "Dit zouden waarnemers zijn die erg ver van het zwarte gat verwijderd zijn, en die de metingen doen in de oneindige toekomst. We wilden zien wat er gebeurt op late maar eindige tijden, om de tijdsafhankelijkheid van de meting te zien en hoe deze de asymptotische waarde benadert. Een ander bijzonderheid van dit nieuwe haar is dat het alleen geldt voor precies extreme zwarte gaten, en we wilden begrijpen wat er gebeurt als het zwarte gat bijna extreem is, maar niet echt extreem."

Burko en zijn collega's Gaurav Khanna van de Universiteit van Massachusetts Dartmouth en zijn voormalige student Subir Sabharwal, momenteel bij de Eastamore Group, bleek in een artikel dat net is gepubliceerd in Fysiek beoordelingsonderzoek dat metingen op grote afstand de haarwaarde benaderen, met het verschil tussen hen vervallen met inverse tijd. Maar toen gingen ze verder dan het originele model dat Angelopoulos gebruikte, Aretakis, en Gajic, en veralgemeende het haar naar zwarte gaten die roteren met de maximaal mogelijke spinsnelheid of er net dichtbij.

"Naast een maximale waarde van de lading, er is ook een limiet voor hoe snel een zwart gat kan draaien. Zwarte gaten die met de maximaal toegestane snelheid ronddraaien, worden daarom ook wel extreme zwarte gaten genoemd. We beschrijven zowel maximaal geladen als maximaal draaiende zwarte gaten met de naam extreme zwarte gaten, want er zijn veel overeenkomsten tussen de twee. Het nieuwe haar werd oorspronkelijk gevonden voor een zeer bruikbaar speelgoedmodel voor zwarte gaten, met name zwarte gaten die sferisch symmetrisch en elektrisch geladen zijn. Maar zwarte gaten zijn dat in werkelijkheid ook niet. In plaats daarvan, we wilden weten of dit haar ook kan worden gevonden voor het spinnen van zwarte gaten, " zei Burko. "In de film 'Interstellar' is het monsterzwarte gat bijna extreem. We wilden zien of Gargantua haar heeft."

Het team gebruikte zeer intensieve numerieke simulaties om hun resultaten te genereren. De simulaties omvatten het gebruik van tientallen van de allerbeste Nvidia grafische verwerkingseenheden (GPU's) met meer dan 5, 000 kernen elk, parallel. "Elk van deze GPU's kan tot 7 biljoen berekeningen per seconde uitvoeren, maar zelfs met zo'n rekencapaciteit duurden de simulaties vele weken om te voltooien", aldus Khanna.

Het team toonde aan dat voor de bijna extreem draaiende zwarte gaten het haar een voorbijgaand gedrag is. Op tussenliggende tijden gedragen bijna extreme zwarte gaten zich zoals extreme zwarte gaten zouden doen, maar soms gedragen ze zich als normaal, niet-extreme zwarte gaten. "Bijna extreme zwarte gaten kunnen maar zo lang doen alsof ze extreem zijn. Maar uiteindelijk wordt hun niet-extremiteit manifest, Burko vatte het samen. "Bijna extreme zwarte gaten die proberen haar opnieuw te laten groeien, zullen het verliezen en weer kaal worden." Het team bespreekt ook de observatiekenmerken, bijv. met zwaartekrachtsgolfobservatoria zoals LIGO/VIRGO of LISA, van de smoking-gun-detectie van bijna extreme zwarte gaten.