Ekstreme sorte huller har hår, der kan kæmmes

Sorte huller betragtes som blandt de mest mystiske objekter i universet. En del af deres intriger udspringer af det faktum, at de faktisk er blandt de enkleste løsninger på Einsteins feltligninger for generel relativitet. Faktisk, sorte huller kan fuldt ud karakteriseres af kun tre fysiske størrelser:deres masse, spin og oplad. Da de ikke har yderligere "hårede" egenskaber til at skelne dem fra, sorte huller siges at have "intet hår" - sorte huller af samme masse, spin, og ladning er nøjagtigt identiske med hinanden.

Dr. Lior Burko fra Theiss Research i samarbejde med professor Gaurav Khanna fra University of Massachusetts Dartmouth og University of Rhode Island sammen med sin tidligere studerende Dr. Subir Sabharwal opdagede, at en særlig form for sort hul krænker sort huls unikke karakter, den såkaldte "no hair"-sætning. Specifikt, holdet undersøgte ekstreme sorte huller - huller, der er "mættet" med den maksimale ladning eller spin, de overhovedet kan bære. De fandt ud af, at der er en mængde, der kan konstrueres ud fra rumtidskrumningen ved det sorte huls horisont, som er bevaret, og kan måles af en fjern observatør. Da denne mængde afhænger af, hvordan det sorte hul blev dannet, og ikke kun på de tre klassiske egenskaber, det krænker det sorte huls unikke karakter.

Denne mængde udgør "tyngdekraftshår" og potentielt målbar af nyere og kommende gravitationsbølgeobservatorier som LIGO og LISA. Strukturen af ​​dette nye hår følger udviklingen af ​​en lignende mængde, som blev fundet af Angelopoulos, Aretakis, og Gajic i sammenhæng med en enklere "legetøjs"-model, der bruger et skalarfelt og sfæriske sorte huller, og udvider det til gravitationsforstyrrelser af roterende.

"Dette nye resultat er overraskende, " sagde Burko, "fordi det sorte huls unikke teoremer er veletablerede, og især deres udvidelse til ekstreme sorte huller. Der skal være en antagelse om sætningerne, der ikke er opfyldt, for at forklare, hvordan sætningerne ikke gælder i dette tilfælde." holdet fulgte på tidligere arbejde af Aretakis, der fandt ud af, at selvom eksterne forstyrrelser af ekstreme sorte huller henfalder, som de også gør for almindelige sorte huller, langs begivenhedshorisonten udvikler visse forstyrrelsesfelter sig i tide på ubestemt tid. "Unikitetssætningerne antager tidsuafhængighed. Men Aretakis-fænomenet krænker eksplicit tidsuafhængighed langs begivenhedshorisonten. Dette er smuthullet, hvorigennem håret kan springe ud og blive redet på stor afstand af et gravitationsbølgeobservatorium, " sagde Burko. I modsætning til andet arbejde, der fandt hår i sort hul-skalarisering, Burko bemærkede, at "i dette arbejde arbejdede vi med vakuum Einstein-teorien, uden yderligere dynamiske felter, der modificerer teorien, og som kan krænke Strong Equivalence Principle."

Holdet brugte meget intensive numeriske simuleringer til at generere deres resultater. Simuleringerne involverede brug af snesevis af de højeste Nvidia-grafikbehandlingsenheder (GPU'er) med over 5, 000 kerner hver, parallelt. "Hver af disse GPU'er kan udføre så mange som 7 billioner beregninger i sekundet; dog, selv med en sådan beregningskapacitet ser simuleringerne ud til at være mange uger at gennemføre, " sagde Khanna.