Kiitos heidän taipumukseltaan imeä kaikkea ympäröivää - jopa vaaleaa - mustat aukot eivät paljasta vihjeitä alkuperästään tai historiastaan. Tämä turhauttava tosiasia sai 1960-luvun tutkijat julistamaan, että mustilla reikillä "ei ole hiuksia". Tällä tutkijat tarkoittivat, että mustilla reikillä oli hyvin vähän erottavia ominaisuuksia erottaakseen toisistaan.
Nyt uudet laskelmat viittaavat siihen, että jotkut mustat aukot voivat kasvattaa hiuksia, mutta ne eivät voi pitää niitä pitkään. Uuden työn mukaan mustilla reikillä, jotka pyörivät melkein (mutta ei aivan) suurimmalla mahdollisella kierroksella, on joitain ainutlaatuisia ominaisuuksia. Mutta nämä ominaisuudet eivät kestä kauan ennen kuin musta aukko menee "kaljuksi" ja siitä tulee erotettavissa muista lajistaan.
"Tämä on mielenkiintoinen löytö, koska se on ohimenevää käyttäytymistä", sanoi tutkimuksen kirjoittaja Lior Burko, fyysikko Theiss Researchissa Kaliforniassa.
Mustaaukon hiusten metafora kasvoi matematiikasta, jonka fyysikot Jacob Bekenstein ja John Wheeler tekivät 1960- ja 1970-luvun alkupuolella. Tutkijat väittivät, että Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaan mustia reikiä voidaan kuvata vain kolmella havaittavalla parametrilla: niiden massa, kulma momentti ja sähkövaraus. Kaikki muu, kaikki muu informaatio, on juuttunut mustan aukon painovoimavetoon, joten sitä on mahdotonta havaita. Kun otetaan huomioon kaksi mustaa reikää, jotka vastasivat kaikkia kolmea arvoa, olisi toiminnallisesti mahdotonta erottaa toisistaan.
Siitä lähtien teoreetikot ovat etsineet jotain, joka erottaa mustat aukot toisistaan. Jos tutkijat löytäisivät jotain, se saattaisi avata uusia paljastuksia tiettyjen mustien reikien alkuperästä. Esimerkiksi, vaikka monien mustien reikien ajatellaan olevan romahtaneiden tähteiden jäännöksiä, jotkut ovat saattaneet muodostua heti Ison räjähdyksen jälkeen, jakautuen epänormaalisti tiheistä alueista varhaisimmassa universaalisessa kankaassa. Yksi näistä ensisijaisista mustista reikistä olisi erottamaton tähtien mustasta aukosta, jos näillä kahdella olisi sama massa, kulmavirhe ja sähkövaraus.
Vuonna 2018 Cambridge Universityn fyysikko Dejan Gajicin johtama tutkijaryhmä havaitsi, että äärimmäisillä mustilla reikillä, joilla on suurin mahdollinen sähkövaraus, on ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka voivat erottaa esineet toisistaan. Nämä ominaisuudet sisälsivät mitattavissa olevia muutoksia mustan aukon tapahtumahorisonttiin (kohtaan, jossa gravitaatiovoima on niin voimakas, että valo ei pääse pakenemaan) ja sen Cauchyn horisonttiin (kohta, jossa syy-yhteys menneisyyden ja tulevaisuuden välillä hajoaa johtuen voimakkaan gravitaatiokentän aika-taivutusvaikutukset).
Burko ja hänen kollegansa kiinnostuivat siitä, pitäisikö ainutlaatuiset ominaisuudet pitää sisällään mustia reikiä, jotka ovat melkein äärimmäisiä, mutta eivät aivan. Tutkijat tekivät matematiikan kahdenlaisia mustia reikiä varten. Ensimmäinen on melkein äärimmäinen Reissner-Nordströmin musta reikä, eräänlainen musta reikä, jolla on melkein suurin mahdollinen sähkövaraus, mutta joka ei pyöri. Toinen, melkein äärimmäinen Kerr-musta reikä, on eräänlainen musta reikä, joka pyörii melkein suurimmalla pyörityksellä, mutta jolla ei ole sähkövarausta.
Molemmissa näissä melkein äärimmäisissä mustissa reikissä tutkijat löysivät jonkin aikaa todisteita "hiuksista". Melkein äärimmäisten mustien reikien ainutlaatuiset ominaisuudet ovat mitattavissa, kun simuloitu musta reikä muodostuu ensin, tutkijat kertoivat 15. marraskuuta Physical Review Research -lehdessä, mutta heikentyvät ajan myötä asteen neliöllisessä funktiossa. Tämä tarkoittaa, että arvot kutistuvat aluksi nopeasti, sitten kutistuvat edelleen hitaammin ajan myötä. (Tutkimusryhmä ei laskenut, kuinka nopeasti tämä tapahtuisi reaaliajassa, joka vaihtelee tietyn mustan aukon massan, pyörityksen ja varauksen mukaan.)
"Käyttäytyy lyhyen ajan kuin hiuksillaan kuin maksimaalisesti pyörivä musta reikä", Burko kertoi Live Science: lle. "Mutta jonkin ajan kuluttua se alkaa menettää hiukset niin, että lopulta ne muuttuvat kaljuiksi."
Vaikka kaikki nämä laskelmat ovat tällä hetkellä teoreettisia, on olemassa toivoa todellisen maailman havainnoista, jotka vastaisivat tai olisivat ristiriidassa havaintojen kanssa. Laserinterferometrin gravitaatioaalto-observatorio (LIGO) -kokeessa mitataan nyt aktiivisesti painovoima-aaltoja, jotka ovat avaruuden ajan väreilyjä, jotka ovat luoneet massiiviset esineet, kuten neutronitähdet ja mustat aukot. LIGO käyttää kahta maanpäällistä observatorioa mittaamaan painovoima-aaltoja. Ja nämä mittaukset voisivat antaa kuvan karvaisista mustista reikistä.
Tuleva projekti, Laser Interferometer Space Antenna (LISA), käynnistää kolme avaruusalusta havaitsemaan painovoima-aallot avaruudesta. Projekti on suunniteltu havaitsemaan painovoima-aallot supermassiivisista mustista reikistä. Burko ei sanonut, kuinka kauan näiden kokeiden on suoritettava melkein äärimmäisen mustan aukon saavuttamiseksi toiminnassa, Burko sanoi, mutta jos joku ilmestyy, sen painovoima-aaltoilla saattaa olla hiuksia.
