Tack vare deras tendens att suga in allt omkring dem - till och med ljusa - svarta hål inte avslöjar ledtrådar om deras ursprung eller historia. Detta frustrerande faktum fick forskare på 1960-talet att förklara att svarta hål "inte har något hår." Med detta menade forskare att svarta hål hade mycket få utmärkande egenskaper för att skilja varandra från varandra.
Nu beräknar nya beräkningar att vissa svarta hål kan växa hår, men de kan inte hålla det länge. Enligt det nya arbetet visar svarta hål som snurrar på nästan (men inte riktigt) den maximala rotationen som möjligt några unika egenskaper. Men dessa egenskaper kvarstår inte länge innan det svarta hålet blir "kallt" och blir omöjligt att skilja från andra i sitt slag.
"Detta är ett intressant fynd, eftersom det är ett övergående beteende," säger studieförfattaren Lior Burko, en fysiker vid Theiss Research i Kalifornien.
Metaforen för hår i svart hål växte ur matematik gjord av fysikerna Jacob Bekenstein och John Wheeler på 1960- och början av 1970-talet. Forskarna hävdade att under Einsteins allmänna relativitetsteori kan svarta hål beskrivas med bara tre observerbara parametrar: deras massa, deras vinkelmoment och deras elektriska laddning. Allt annat, all annan information, är instängd i det svarta hålets gravitationella drag och är således omöjligt att observera. Med tanke på två svarta hål som matchade på alla tre värden, skulle det vara funktionellt omöjligt att skilja det ena från det andra.
Sedan dess har teoretiker letat efter något som kan skilja svarta hål från varandra. Om forskare skulle kunna hitta det, kan det öppna upp nya avslöjanden om ursprunget till vissa svarta hål. Till exempel, även om många svarta hål anses vara resterna av kollapsade stjärnor, kan vissa ha bildats direkt efter Big Bang, som sammanfaller ur onormalt täta områden i det tidigaste universella tyget. Ett av dessa ursprungliga svarta hål skulle inte kunna urskiljas från ett stjärnsvart hål om de två hade samma massa, vinkelmoment och elektrisk laddning.
År 2018 fann en grupp forskare under ledning av fysiker Dejan Gajic vid University of Cambridge att extrema svarta hål, de med maximal elektrisk laddning, har unika egenskaper som kan skilja objekten från varandra. Dessa egenskaper involverade mätbara förändringar av ett svart hols händelseshorisont (den punkt där gravitationskraften är så stark att ljuset inte kan undkomma) och dess Cauchy-horisont (den punkt där kausalförhållandet mellan förflutna och framtiden bryts ned på grund av de tidsböjande effekterna av ett starkt gravitationsfält).
Burko och hans kollegor blev intresserade av om unika egenskaper kan hålla i svarta hål som är nästan extrema, men inte riktigt. Forskarna gjorde matematiken för två sorters svarta hål. Den första är ett nästan extremt svart Reissner-Nordström hål, en typ av svart hål som har nästan den största möjliga elektriska laddningen men inte roterar. Det andra, ett nästan extremt Kerr-svart hål, är en typ av svart hål som roterar med nästan maximalt snurr men har ingen elektrisk laddning.
I båda dessa nästan extrema svarta hål fann forskarna bevis på "hår" - under en tid. De unika egenskaperna för nästan extrema svarta hål är mätbara när ett simulerat svart hål först formas, rapporterade forskarna 15 november i tidskriften Physical Review Research, men minskar över tiden i en kvadratisk funktion av tiden. Det betyder att värdena krymper snabbt först och fortsätter sedan att krympa långsammare när tiden går. (Forskningsteamet beräknade inte hur snabbt detta skulle inträffa i realtid, vilket skulle variera beroende på massan, snurret och laddningen för ett givet svart hål.)
"För en kort tid, uppför sig som att det har hår som ett maximalt snurrande svart hål skulle", sa Burko till Live Science. "Men efter en tid börjar det tappa håret så att det så småningom blir kallt igen."
Även om alla dessa beräkningar för närvarande är teoretiska, finns det hopp om observationer i verkligheten som skulle matcha eller motsäga resultaten. Laserinterferometern Gravitational-Wave Observatory (LIGO) -experimentet mäter nu aktivt gravitationsvågor, som är krusningar i rymden som skapas av massiva föremål som neutronstjärnor och svarta hål. LIGO använder två markbaserade observatorier för att mäta gravitationsvågor. Och dessa mätningar kan ge en titt på håriga svarta hål.
Ett kommande projekt, Laser Interferometer Space Antenna (LISA), kommer att lansera tre rymdskepp för att upptäcka gravitationsvågor från rymden. Projektet är utformat för att upptäcka gravitationella vågor från supermassiva svarta hål. Det finns inget att säga hur länge dessa experiment kommer att behöva springa för att fånga ett nästan extremt svart hål i aktion, sa Burko, men om man dyker upp, kan gravitationsvågorna ha hår.
