Черные дыры можно описать по трем параметрам, но часто они одинаковы у многих из них. Поэтому их нельзя отличить. Про такие дыры говорят, что у них «нет волос», то есть, нет дополнительных атрибутов для распознавания дыр.У черных дыр нет «волос»: нет атрибутов, которые можно было бы использовать, чтобы отличить их друг от друга. Экстремальные черные дыры (вращающиеся с максимально допустимой скоростью) могут иметь дополнительное свойство, постоянные волосы, которые сделаны из скалярного поля без массива. Почти экстремальные черные дыры (такие как Гаргантюа, черная дыра, показанная в фильме «Interstellar») имеют волосы, что является переходным явлением: почти экстремальные черные дыры, которые пытаются отрастить волосы, потеряют их и снова станут лысыми.
Черные дыры теории относительности Эйнштейна можно полностью описать только по трем параметрам: их массе, крутящему моменту и электрическому заряду. Поскольку две черные дыры, которые имеют общие эти параметры, невозможно отличить, независимо от того, как они были сделаны, говорят, что у черных дыр «нет волос» — они не имеют дополнительных атрибутов, которые можно было бы использовать для их различия.
В начале 1970-х годов покойный Якоб Бекенштейн представил доказательство отсутствия волос, сделанных из скалярных полей, с учетом ряда предположений о свойствах последних. Исследователь Лиор Бурко сказал: «С тех пор, как Бекенштейн доказал их отсутствие, в нескольких работах были найдены примеры скалярных волос, и все эти примеры нарушают то или иное предположение, сделанное Бекенштейном. Но во всех случаях волосы были сделаны из скалярного поля.»
Недавно было показано, что черные дыры, заряженные максимально возможным электрическим зарядом («экстремальные черные дыры»), могут иметь дополнительное свойство, постоянные волосы, которые сделаны из скалярного поля без массива, и что эти вновь найденные волосы можно наблюдать с большого расстояния. «Безмассовые скалярные волосы не нарушают никаких предположений, лежащих в основе доказательств Бекенштейна. Это был большой сюрприз для меня, когда Анджелопулос, Аретакис и Гажич нашли эти новые волосы, поэтому я хотел посмотреть на них более подробно. Это волосы в другом смысле, чем те, что были найдены раньше. На поверхности черной дыры, на горизонте ее событий будет вычисляться не само скалярное поле, а некий интеграл на производной скалярного поля», — сказал Бурко.
Новые волосы можно наблюдать на большом расстоянии, вычисляя различное количество. «Измерение на большом расстоянии, которое нашли Анджелопулос, Аретакис и Гаич, строго говоря, точное только в бесконечно позднее время», — добавил Бурко. » Еще одна особенность этого нового волоса заключается в том, что он применяется только к экстремальным черным дырам, и мы хотели понять, что происходит, когда черная дыра почти экстремальна, но не совсем экстремальна».
Бурко и его коллеги Гаурав Ханна из Массачусетского университета Дартмутса и его бывший студент Субир Сабхарвал, в настоящее время работающий в Истаморской группе, вышли за рамки первоначальной модели, использованной Анджелопулосом, Аретакисом и Гажичем, и обобщили волосы до черных дыр, которые вращаются с максимально возможной скоростью вращения или просто близко к ней.
«В дополнение к максимальному значению заряда, существует также предел того, как быстро черная дыра может вращаться. Черные дыры, которые вращаются с максимально допустимой скоростью, поэтому также называются экстремальными черными дырами. Мы описываем как максимально заряженные, так и максимально вращающиеся черные дыры экстремальными, поскольку существует много сходств между ними. Новые волосы были первоначально найдены в очень полезной модели черных дыр, особенно черных дыр, которые сферически симметричны и электрически заряжены. Мы хотели узнать, можно ли найти эти волосы и у вращающихся черных дыр», — сказал Бурко. «В фильме «Интерстеллар» чудовищная черная дыра почти экстремальна. Мы хотели узнать, есть ли у Гаргантюа волосы.»
Для получения результатов команда использовала очень интенсивное численное моделирование. Моделирование включало использование десятков графических процессоров Nvidia высочайшего класса (GPU) с более чем 5000 ядрами каждый параллельно. «Каждый из этих GPU может выполнять до 7 триллионов вычислений в секунду, однако даже при такой вычислительной мощности моделирование заняло много недель», — говорит Ханна.
Команда показала, что для почти экстремальных вращающихся черных дыр волосы — это переходное поведение. В промежуточные периоды почти экстремальные черные дыры ведут себя как экстремальные черные дыры, но иногда они ведут себя как обычные, неэкстремальные черные дыры.
«Почти экстремальные черные дыры могут притворяться, что они экстремальны долго. Но в конечном итоге их неэкстремальность становится очевидной», — резюмировал Бурко. «Почти экстремальные черные дыры, которые пытаются отрастить волосы, потеряют их и снова станут лысыми.» Группа также обсуждает возможности наблюдения, например, с обсерваториями гравитационных волн, такими как LIGO/VIRGO или LISA, за обнаружением почти экстремальных черных дыр с помощью дымовой пушки.
