Næsten ekstreme sorte huller, der forsøger at gro hår igen, bliver skaldet igen

Sorte huller 'har intet hår':ingen egenskaber, der kan bruges til at skelne dem fra hinanden. Ekstreme sorte huller (spinning med maksimalt tilladt hastighed) kan have en ekstra egenskab, permanent hår, der er lavet af et masseløst skalarfelt. Næsten ekstreme sorte huller (som Gargantua, det sorte hul med i filmen "Interstellar") har hår, der er et forbigående fænomen:næsten ekstreme sorte huller, der forsøger at vokse hår igen, vil miste det og blive skaldet igen.

De sorte huller i Einsteins relativitetsteori kan fuldstændigt beskrives ved blot tre parametre:deres masse, spin vinkelmomentum, og elektrisk ladning. Da to sorte huller, der deler disse parametre, ikke kan skelnes, uanset hvordan de er lavet, sorte huller siges at "ikke har hår" - de har ingen yderligere egenskaber, der kan bruges til at adskille dem.

I begyndelsen af ​​1970'erne fremlagde afdøde Jacob Bekenstein et bevis for ikke-eksistensen af ​​hår lavet af skalarfelter givet et sæt antagelser om sidstnævntes egenskaber. Forsker Lior Burko fra Theiss Research sagde, "Siden Bekensteins bevis, flere papirer har fundet eksempler på skalarhår, og alle disse eksempler krænker en eller anden af ​​de antagelser, som Bekenstein har gjort. Men i alle tilfælde, håret blev lavet af selve skalarfeltet."

For nylig, det blev vist, at sorte huller, der oplades af den maksimalt mulige elektriske ladning ("ekstreme sorte huller"), kan have en ekstra egenskab, permanent hår, der er lavet af et masseløst skalarfelt, og at dette nyfundne hår kan observeres på stor afstand. "Et masseløst skalarhår krænker ikke nogen af ​​de antagelser, der ligger til grund for Bekensteins bevis. Det var en stor overraskelse for mig, da dette nye hår blev fundet af Angelopoulos, Aretakis, og Gajic, så jeg ville se nærmere på det. Det er hår i en anden forstand end den slags hår, der blev fundet før. Det er ikke selve skalarfeltet, men et vist integral på en afledt af skalarfeltet, der skal beregnes på overfladen af ​​det sorte hul, på sin begivenhedshorisont, sagde Burko.

Det nye hår kan ses på stor afstand, ved at beregne en anden mængde der. "Målingen på stor afstand, som Angelopoulos, Aretakis, og Gajic fundet er strengt taget kun præcis på et uendeligt sent tidspunkt, " tilføjede Burko. "Dette ville være observatører, der er meget fjernt fra det sorte hul, og hvem der foretager målingerne i den uendelige fremtid. Vi ønskede at se, hvad der sker på sene, men endelige tidspunkter, at se målingens tidsafhængighed og hvordan den nærmer sig dens asymptotiske værdi. En anden speciel ting ved dette nye hår er, at det kun gælder for præcis ekstreme sorte huller, og vi ønskede at forstå, hvad der sker, når det sorte hul er næsten ekstremt, men ikke ligefrem ekstrem."

Burko og hans kolleger Gaurav Khanna fra University of Massachusetts Dartmouth og hans tidligere studerende Subir Sabharwal, i øjeblikket hos Eastamore Group, vist i et papir netop offentliggjort i Physical Review Research at målinger fra stor afstand nærmer sig hårværdien, med forskellen mellem dem, der forfalder med omvendt tid. Men så gik de ud over den originale model brugt af Angelopoulos, Aretakis, og Gajic, og generaliserede håret til sorte huller, der roterer med den maksimalt mulige spin-hastighed eller bare tæt på det.

"Ud over en maksimal afgiftsværdi, der er også en grænse for, hvor hurtigt et sort hul kan spinde. Sorte huller, der spinder med den maksimalt tilladte hastighed, kaldes derfor også ekstreme sorte huller. Vi beskriver både maksimalt ladede og maksimalt spinnende sorte huller ved navnet ekstreme sorte huller, da der er mange ligheder mellem de to. Det nye hår blev oprindeligt fundet til en meget nyttig legetøjsmodel til sorte huller, specifikt sorte huller, der er sfærisk symmetriske og elektrisk ladede. Men sorte huller er i virkeligheden ingen af ​​delene. I stedet, vi ville finde ud af, om dette hår også kan findes til at spinde sorte huller, " sagde Burko. "I filmen 'Interstellar' er monsterets sorte hul næsten ekstremt. Vi ville se, om Gargantua har hår."

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 tog simuleringerne mange uger at gennemføre," sagde Khanna.

Holdet viste, at for de næsten ekstreme spindende sorte huller er håret en forbigående adfærd. På mellemliggende tidspunkter opfører næsten ekstreme sorte huller sig, som ekstreme sorte huller ville, men på sene tidspunkter opfører de sig som almindelige, ikke-ekstreme sorte huller. "Næsten ekstreme sorte huller kan foregive, at de er ekstreme kun så længe. Men til sidst bliver deres ikke-ekstremalitet manifest, "Burko opsummerede. "Næsten ekstreme sorte huller, der forsøger at vokse hår igen, vil miste det og blive skaldet igen." Holdet diskuterer også de observationsmæssige træk, f.eks., med gravitationsbølgeobservatorier såsom LIGO/VIRGO eller LISA, af rygevåbendetektion af næsten ekstreme sorte huller.