Svarta hål är inte vad de äter. Einsteins allmänna relativitetsteori förutspår att oavsett vad ett svart hål förbrukar, dess yttre egenskaper beror bara på dess massa, rotation och elektrisk laddning. Alla andra detaljer om dess diet försvinner. Astrofysiker kallar detta nyckfullt gissningen utan hår. (Svarta hål, de säger, "har inget hår.")

Det finns ett potentiellt hårigt hot mot gissningarna, fastän. Svarta hål kan födas med ett starkt magnetfält eller få ett genom att mumsa på magnetiserat material. Ett sådant fält måste snabbt försvinna för att gissningen utan hår ska hålla. Men riktiga svarta hål existerar inte isolerat. De kan vara omgivna av plasma - gas som är så strömsatt att elektroner har lossnat från deras atomer - som kan upprätthålla magnetfältet, potentiellt motbevisa gissningarna.

Med hjälp av superdatorsimuleringar av ett plasmauppslukat svart hål, forskare från Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics (CCA) i New York City, Columbia University och Princeton University fann att förmodan om hårlöshet håller. Teamet rapporterar sina resultat den 27 juli Fysiska granskningsbrev .

"No-hair gissningarna är en hörnsten i den allmänna relativitetsteorien, " säger studiens medförfattare Bart Ripperda, en forskare vid CCA och en postdoktor vid Princeton. "Om ett svart hål har ett långlivat magnetfält, då kränks förmodan om hårlöshet. Lyckligtvis kom en lösning från plasmafysik som räddade förmodan om hårlöshet från att gå sönder."

Teamets simuleringar visade att magnetfältslinjerna runt det svarta hålet snabbt bryts och återansluts, skapa plasmafyllda fickor som skjuts ut i rymden eller faller ner i det svarta hålets maw. Denna process dränerar snabbt magnetfältet och kan förklara flammor som ses nära supermassiva svarta hål, forskarna rapporterar.

"Teoretiker tänkte inte på detta eftersom de vanligtvis placerar sina svarta hål i ett vakuum, " säger Ripperda. "Men i verkligheten, det finns ofta plasma, och plasma kan upprätthålla och föra in magnetiska fält. Och det måste passa med din förmodan utan hår."

En studie från 2011 om problemet antydde att förmodan om hårlöshet var i trubbel. Dock, den studien tittade bara på dessa system med låg upplösning, och den behandlade plasma som en vätska. Dock, plasman runt ett svart hål är så utspädd att partiklar sällan rinner in i varandra, så att behandla det som en vätska är en överförenkling.

I den nya studien, forskarna genomförde högupplösta plasmafysiksimuleringar med en generell-relativistisk modell av ett svart håls magnetfält. Totalt, det tog 10 miljoner CPU-timmar att köra igenom alla beräkningar. "Vi kunde inte ha gjort dessa simuleringar utan Flatiron Institutes beräkningsresurser, säger Ripperda.

De resulterande simuleringarna visade hur magnetfältet runt ett svart hål utvecklas. I början, fältet sträcker sig i en båge från det svarta hålets nordpol till dess sydpol. Sedan, interaktioner inom plasman gör att fältet ballongerar utåt. Denna öppning gör att fältet delas upp i individuella magnetfältslinjer som strålar utåt från det svarta hålet.

Fältlinjerna växlar i riktning, antingen mot eller bort från händelsehorisonten. Närliggande magnetfältslinjer ansluter, skapa ett flätat mönster av fältlinjer som går ihop och delas isär. Mellan två sådana anslutningspunkter, det finns en lucka som fylls med plasma. Plasman energiseras av magnetfältet, lanseras utåt i rymden eller inåt i det svarta hålet. När processen fortsätter, magnetfältet förlorar energi och vissnar så småningom bort.

Kritiskt, processen går snabbt. Forskarna fann att det svarta hålet utarmar sitt magnetfält med en hastighet av 10 procent av ljusets hastighet. "Den snabba återanslutningen räddade gissningen utan hår, säger Ripperda.

Forskarna föreslår att mekanismen som driver observerade flammor från det supermassiva svarta hålet i centrum av Messier 87-galaxen kan förklaras av skallighetsprocessen som ses i simuleringarna. Inledande jämförelser mellan dem ser lovande ut, de säger, även om en mer robust bedömning behövs. Om de verkligen ställer upp, energiska flammor som drivs av magnetisk återkoppling vid svarta håls händelsehorisonter kan vara ett utbrett fenomen.