Svarta hål "har inget hår":inga attribut som kan användas för att skilja dem åt. Extrema svarta hål (snurr med maximalt tillåten hastighet) kan ha en extra egenskap, permanent hår som är gjord av ett masslöst skalärfält. Nästan extrema svarta hål (som Gargantua, det svarta hålet som visas i filmen "Interstellar") har hår som är ett övergående fenomen:nästan extrema svarta hål som försöker få tillbaka hår kommer att tappa det och bli skalligt igen.

De svarta hålen i Einsteins relativitetsteori kan fullständigt beskrivas med bara tre parametrar:deras massa, snurra vinkelmoment, och elektrisk laddning. Eftersom två svarta hål som delar dessa parametrar inte kan särskiljas, oavsett hur de gjordes, svarta hål sägs "har inget hår" - de har inga ytterligare attribut som kan användas för att skilja dem åt.

I början av 1970-talet gav den sene Jacob Bekenstein ett bevis för att hår tillverkat av skalära fält inte existerade, givet en uppsättning antaganden om egenskaperna hos det senare. Forskaren Lior Burko från Theiss Research sa, "Sedan Bekensteins bevis, flera tidningar har hittat exempel på skalärt hår, och alla dessa exempel bryter mot ett eller annat av de antaganden som gjorts av Bekenstein. Men i alla fall, håret gjordes av själva skalarfältet."

Nyligen, det visades att svarta hål som laddas med maximalt möjliga elektriska laddningar ("extrema svarta hål") kan ha en ytterligare egenskap, permanent hår som är gjord av ett masslöst skalärfält, och att detta nyfunna hår kan observeras på långt avstånd. "Ett masslöst skalärt hår bryter inte mot något av de antaganden som ligger bakom Bekensteins bevis. Det var en stor överraskning för mig när detta nya hår hittades av Angelopoulos, Aretakis, och Gajic, så jag ville titta på det mer i detalj. Det är hår i en annan bemärkelse än de hårsorter som hittades tidigare. Det är inte det skalära fältet i sig, men en viss integral på en derivata av skalärfältet som ska beräknas på ytan av det svarta hålet, vid dess händelsehorisont, sa Burko.

Det nya håret kan ses på långt avstånd, genom att beräkna en annan mängd där. "Mätningen på stort avstånd som Angelopoulos, Aretakis, och Gajic hittade är strängt taget exakt först vid oändligt sent tid, ", tillade Burko. "Dessa skulle vara observatörer som är väldigt långt borta från det svarta hålet, och som gör mätningarna i en oändlig framtid. Vi ville se vad som händer i sena men ändliga tider, för att se mätningens tidsberoende och hur den närmar sig dess asymptotiska värde. En annan speciell sak med detta nya hår är att det bara gäller för exakt extrema svarta hål, och vi ville förstå vad som händer när det svarta hålet är nästan extremt, men inte direkt extremt."

Burko och hans kollegor Gaurav Khanna från University of Massachusetts Dartmouth och hans tidigare student Subir Sabharwal, för närvarande med Eastamore Group, visades i en tidning som just publicerats i Physical Review Research att mätningar på långt avstånd närmar sig hårvärdet, med skillnaden mellan dem som avtar med omvänd tid. Men sedan gick de längre än den ursprungliga modellen som användes av Angelopoulos, Aretakis, och Gajic, och generaliserade håret till svarta hål som roterar med högsta möjliga spinnhastighet eller bara nära det.

"Förutom ett maximalt laddningsvärde, det finns också en gräns för hur snabbt ett svart hål kan snurra. Svarta hål som snurrar med maximalt tillåtna hastighet kallas därför också för extrema svarta hål. Vi beskriver både maximalt laddade och maximalt snurrande svarta hål med namnet extrema svarta hål, eftersom det finns många likheter mellan de två. Det nya håret hittades ursprungligen för en mycket användbar leksaksmodell för svarta hål, specifikt svarta hål som är sfäriskt symmetriska och elektriskt laddade. Men svarta hål är i verkligheten ingetdera. Istället, vi ville ta reda på om det här håret också kan hittas för att snurra svarta hål, ", sa Burko. "I filmen 'Interstellar' är det monstersvarta hålet nästan extremt. Vi ville se om Gargantua har hår."

Teamet använde mycket intensiva numeriska simuleringar för att generera sina resultat. Simuleringarna involverade att använda dussintals av de högsta Nvidia-grafikbehandlingsenheterna (GPU) med över 5, 000 kärnor vardera, parallellt. "Var och en av dessa GPU:er kan utföra så många som 7 biljoner beräkningar per sekund, men även med sådan beräkningskapacitet tog simuleringarna många veckor att slutföra", sa Khanna.

Teamet visade att för de nästan extrema spinnande svarta hålen är håret ett övergående beteende. Vid mellantider beter sig nästan extrema svarta hål som extrema svarta hål skulle, men vid sena tillfällen beter de sig som vanliga, icke-extrema svarta hål. "Nästan extrema svarta hål kan låtsas att de är extrema bara så länge. Men så småningom blir deras icke-extremalitet uppenbar, " Sammanfattade Burko. "Nästan extrema svarta hål som försöker få tillbaka hår kommer att förlora det och bli skalligt igen." Teamet diskuterar också observationsdragen, t.ex., med gravitationsvågsobservatorier som LIGO/VIRGO eller LISA, av den rökande vapenupptäckten av nästan extrema svarta hål.