Черные дыры считаются одними из самых загадочных объектов во Вселенной. Отчасти их интрига проистекает из того факта, что они на самом деле являются одними из самых простых решений полевых уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Фактически, черные дыры можно полностью охарактеризовать только тремя физическими величинами: их массой, спином и зарядом. Поскольку у черных дыр нет дополнительных «волосатых» атрибутов, чтобы их различить, говорят, что у них «нет волос»: черные дыры одинаковой массы, спина и заряда в точности идентичны друг другу.
Доктор Лиор Бурко из Theiss Research в сотрудничестве с профессором Гауравом Кханной из Массачусетского университета в Дартмуте и Университета Род-Айленда вместе со своим бывшим учеником доктором Субиром Сабхарвалом обнаружил, что особый вид черной дыры нарушает уникальность черной дыры, так называемый Теорема «без волос». В частности, команда исследовала экстремальные черные дыры - дыры, которые «насыщены» максимальным зарядом или спином, которые они могут нести.
Они обнаружили, что существует величина, которая может быть построена на основе кривизны пространства-времени на горизонте черной дыры, которая сохраняется и может быть измерена удаленным наблюдателем. Поскольку эта величина зависит от того, как образовалась черная дыра, а не только от трех классических атрибутов, она нарушает уникальность черной дыры.
Эта величина представляет собой «гравитационные волосы» и потенциально может быть измерена недавними и будущими обсерваториями гравитационных волн, такими как LIGO и LISA. Структура этих новых волос повторяет развитие аналогичной величины, которую обнаружили Ангелопулос, Аретакис и Гаджик в контексте более простой «игрушечной» модели, использующей скалярное поле и сферические черные дыры, и расширяет ее до гравитационных возмущений вращающихся ед.
«Этот новый результат удивителен, - сказал Бурко, - потому что теоремы единственности черных дыр хорошо установлены, и в частности их распространение на экстремальные черные дыры. Должно быть предположение о теоремах, которое не выполняется, чтобы объяснить, как теоремы не применяются в этом случае ». Действительно, команда следовала предыдущей работе Аретакиса, которая обнаружила, что даже несмотря на то, что внешние возмущения экстремальных черных дыр затухают, как и обычные черные дыры, вдоль горизонта событий определенные поля возмущений эволюционируют во времени бесконечно.
«Теоремы единственности предполагают независимость от времени. Но феномен Аретакиса явно нарушает временную независимость на горизонте событий. Это лазейка, через которую волосы могут высовываться и расчесываться на большом расстоянии с помощью обсерватории гравитационных волн », - сказал Бурко. В отличие от других работ, в которых волосы были обнаружены в скаляризации черной дыры, Бурко отметил, что «в этой работе мы работали с вакуумной теорией Эйнштейна без дополнительных динамических полей, которые изменяют теорию и могут нарушить принцип строгой эквивалентности».
Команда использовала очень интенсивное численное моделирование для получения своих результатов. В симуляциях использовались параллельно десятки высокопроизводительных графических процессоров (GPU) Nvidia с более чем 5000 ядер каждый. «Каждый из этих графических процессоров может выполнять до 7 триллионов вычислений в секунду; однако даже при такой вычислительной мощности моделирование может длиться несколько недель », - сказал Кханна.
