Dank ihrer Tendenz, alles um sich herum einzusaugen - auch leichte - geben schwarze Löcher keine Hinweise auf ihre Herkunft oder Geschichte. Diese frustrierende Tatsache veranlasste Wissenschaftler in den 1960er Jahren zu der Feststellung, dass Schwarze Löcher "keine Haare haben". Damit meinten die Forscher, dass Schwarze Löcher nur sehr wenige Unterscheidungsmerkmale hatten, um sich voneinander zu trennen.
Neue Berechnungen deuten darauf hin, dass einige Schwarze Löcher Haare wachsen lassen können, diese aber nicht lange halten können. Laut der neuen Arbeit weisen Schwarze Löcher, die sich mit nahezu (aber nicht ganz) maximaler Rotation drehen, einige einzigartige Eigenschaften auf. Diese Eigenschaften bleiben jedoch nicht lange bestehen, bevor das Schwarze Loch "kahl" wird und sich nicht mehr von anderen seiner Art unterscheidet.
"Dies ist ein interessanter Fund, da es sich um ein vorübergehendes Verhalten handelt", sagte der Studienautor Lior Burko, Physiker bei Theiss Research in Kalifornien.
Die Metapher für Schwarzes Lochhaar entstand aus der Mathematik der Physiker Jacob Bekenstein und John Wheeler in den 1960er und frühen 1970er Jahren. Die Forscher argumentierten, dass Schwarze Löcher nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie durch nur drei beobachtbare Parameter beschrieben werden können: ihre Masse, ihren Drehimpuls und ihre elektrische Ladung. Alles andere, alle anderen Informationen, sind in der Anziehungskraft des Schwarzen Lochs gefangen und daher unmöglich zu beobachten. Bei zwei schwarzen Löchern, die mit allen drei Werten übereinstimmten, wäre es funktional unmöglich, voneinander zu unterscheiden.
Seitdem sind Theoretiker auf der Suche nach etwas, das Schwarze Löcher voneinander unterscheiden kann. Wenn Wissenschaftler das finden könnten, könnte dies neue Enthüllungen über die Ursprünge bestimmter Schwarzer Löcher eröffnen. Während zum Beispiel angenommen wird, dass viele Schwarze Löcher die Überreste kollabierter Sterne sind, haben sich einige möglicherweise unmittelbar nach dem Urknall gebildet und verschmelzen aus ungewöhnlich dichten Regionen im frühesten universellen Gewebe. Eines dieser ursprünglichen Schwarzen Löcher wäre von einem stellaren Schwarzen Loch nicht zu unterscheiden, wenn beide die gleiche Masse, den gleichen Drehimpuls und die gleiche elektrische Ladung hätten.
Im Jahr 2018 stellte eine Gruppe von Forschern unter der Leitung des Physikers Dejan Gajic von der Universität Cambridge fest, dass extreme Schwarze Löcher mit maximal maximaler elektrischer Ladung einzigartige Eigenschaften aufweisen, die die Objekte voneinander unterscheiden können. Diese Eigenschaften umfassten messbare Änderungen des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs (der Punkt, an dem die Gravitationskraft so stark ist, dass das Licht nicht entweichen kann) und seines Cauchy-Horizonts (der Punkt, an dem der Kausalzusammenhang zwischen Vergangenheit und Zukunft aufgrund von zusammenbricht) die zeitlichen Biegeeffekte eines starken Gravitationsfeldes).
Burko und seine Kollegen interessierten sich dafür, ob einzigartige Eigenschaften in schwarzen Löchern vorhanden sein könnten, die fast extrem, aber nicht ganz sind. Die Forscher rechneten für zwei Arten von Schwarzen Löchern. Das erste ist ein fast extremes Schwarzes Loch von Reissner-Nordström, eine Art Schwarzes Loch, das fast die maximal mögliche elektrische Ladung hat, sich aber nicht dreht. Das zweite, ein fast extremes Kerr-Schwarzes Loch, ist eine Art Schwarzes Loch, das sich mit nahezu maximalem Spin dreht, aber keine elektrische Ladung hat.
In diesen beiden extremen Schwarzen Löchern fanden die Forscher zeitweise Hinweise auf "Haare". Die einzigartigen Eigenschaften nahezu extremer Schwarzer Löcher sind messbar, wenn sich zum ersten Mal ein simuliertes Schwarzes Loch bildet, berichteten die Forscher am 15. November in der Zeitschrift Physical Review Research, nehmen jedoch mit der Zeit in einer quadratischen Funktion der Zeit ab. Das heißt, die Werte schrumpfen zuerst schnell und dann im Laufe der Zeit langsamer weiter. (Das Forscherteam hat nicht berechnet, wie schnell dies in Echtzeit geschehen würde, was sich je nach Masse, Spin und Ladung eines bestimmten Schwarzen Lochs unterscheiden würde.)
"Verhält sich für kurze Zeit so, als hätte es Haare wie ein sich maximal drehendes Schwarzes Loch", sagte Burko gegenüber Live Science. "Aber nach einiger Zeit verliert es dieses Haar, so dass es irgendwann wieder kahl wird."
Während all diese Berechnungen derzeit theoretisch sind, besteht Hoffnung auf reale Beobachtungen, die den Ergebnissen entsprechen oder ihnen widersprechen würden. Das Experiment des Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatoriums (LIGO) misst jetzt aktiv Gravitationswellen, die Wellen in der Raumzeit sind, die von massiven Objekten wie Neutronensternen und Schwarzen Löchern erzeugt werden. LIGO verwendet zwei bodengestützte Observatorien zur Messung von Gravitationswellen. Und diese Messungen könnten einen Blick auf haarige schwarze Löcher werfen.
Ein bevorstehendes Projekt, die Laserinterferometer-Weltraumantenne (LISA), wird drei Raumfahrzeuge starten, um Gravitationswellen aus dem Weltraum zu erfassen. Dieses Projekt soll Gravitationswellen von supermassiven Schwarzen Löchern erfassen. Es ist nicht abzusehen, wie lange diese Experimente dauern müssen, um ein nahezu extremes Schwarzes Loch in Aktion zu fangen, sagte Burko, aber wenn man auftaucht, könnten seine Gravitationswellen Haare haben.
