Sorte huller får nye kræfter, når de spinder hurtigt nok

Generel relativitetsteori er en dybt kompleks matematisk teori, men dens beskrivelse af sorte huller er utrolig enkel. Et stabilt sort hul kan beskrives ved blot tre egenskaber:dets masse, dens elektriske ladning og dens rotation eller spin. Da sorte huller sandsynligvis ikke har meget ladning, det kræver virkelig kun to egenskaber. Hvis du kender et sort huls masse og spin, du ved alt, hvad der er at vide om det sorte hul.

Denne egenskab opsummeres ofte som no-hair-sætningen. Specifikt, sætningen hævder, at når stof falder i et sort hul, det eneste kendetegn, der er tilbage, er masse. Du kunne lave et sort hul ud af en sols værdi af brint, stole eller de gamle kopier af national geografi fra bedstemors loft, og der ville ikke være nogen forskel. Masse er masse, hvad angår generel relativitet. I alle tilfælde, begivenhedshorisonten for et sort hul er perfekt glat, uden ekstra funktioner. Som Jacob Bekenstein sagde, "sorte huller har ingen hår."

Men med al sin forudsigelseskraft, generel relativitetsteori har et problem med kvanteteori. Dette gælder især med sorte huller. Hvis no-hair-sætningen er korrekt, informationen i et objekt ødelægges, når det krydser begivenhedshorisonten. Kvanteteorien siger, at information aldrig kan ødelægges. Så den gyldige teori om tyngdekraften modsiges af den gyldige teori om kvanta. Dette fører til problemer som firewall-paradokset, som ikke kan bestemme, om en begivenhedshorisont skal være varm eller kold.

Adskillige teorier er blevet foreslået for at løse denne modsigelse, ofte involverer udvidelser til relativitetsteorien. Forskellen mellem standard relativitet og disse modificerede teorier kan kun ses i ekstreme situationer, gør dem svære at studere observationelt. Men der kommer et nyt papir Fysiske anmeldelsesbreve viser, hvordan de kan studeres gennem spin af et sort hul.

Mange modificerede relativitetsteorier har en ekstra parameter, som ikke ses i standardteorien. Kendt som et masseløst skalarfelt, det tillader Einsteins model at forbinde med kvanteteori på en måde, der ikke er modstridende. I dette nye værk, holdet så på, hvordan et sådant skalarfelt forbindes med rotationen af ​​et sort hul. De fandt ud af, at ved lave spins, et modificeret sort hul kan ikke skelnes fra standardmodellen, men ved høje omdrejninger, det skalære felt tillader et sort hul at have ekstra funktioner. Med andre ord, i disse alternative modeller, hurtigt roterende sorte huller kan have hår.

De behårede aspekter af roterende sorte huller ville kun blive set i nærheden af ​​selve begivenhedshorisonten, men de ville også påvirke sammensmeltning af sorte huller. Som forfatterne påpeger, fremtidige gravitationsbølgeobservatorier skulle være i stand til at bruge hurtigt roterende sorte huller til at afgøre, om et alternativ til generel relativitetsteori er gyldigt.

Einsteins generelle relativitetsteori har bestået enhver observationsudfordring indtil videre, men det vil sandsynligvis bryde sammen i de mest ekstreme miljøer i universet. Undersøgelser som dette viser, hvordan vi måske kan opdage den teori, der kommer næste gang.