Dankzij hun neiging om alles om hen heen op te zuigen - zelfs licht - onthullen zwarte gaten geen aanwijzingen over hun oorsprong of geschiedenis. Dit frustrerende feit bracht wetenschappers in de jaren zestig ertoe te verklaren dat zwarte gaten 'geen haar hebben'. Hiermee bedoelden onderzoekers dat zwarte gaten zeer weinig onderscheidende kenmerken hadden om van elkaar te scheiden.
Nieuwe berekeningen suggereren nu dat sommige zwarte gaten haar kunnen laten groeien, maar ze kunnen het niet lang volhouden. Volgens het nieuwe werk vertonen zwarte gaten die draaien op bijna (maar niet helemaal) de maximaal mogelijke rotatie enkele unieke eigenschappen. Maar deze eigenschappen blijven niet lang bestaan voordat het zwarte gat "kaal" wordt en niet meer te onderscheiden is van andere in zijn soort.
'Dit is een interessante vondst, omdat het van voorbijgaande aard is', zegt studie auteur Lior Burko, natuurkundige bij Theiss Research in Californië.
De metafoor voor zwart gatenhaar is voortgekomen uit wiskunde door natuurkundigen Jacob Bekenstein en John Wheeler in de jaren zestig en begin jaren zeventig. De onderzoekers voerden aan dat volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie zwarte gaten kunnen worden beschreven met slechts drie waarneembare parameters: hun massa, hun impulsmoment en hun elektrische lading. Al het andere, alle andere informatie, zit gevangen in de zwaartekracht van het zwarte gat en is dus onmogelijk waar te nemen. Gegeven twee zwarte gaten die bij alle drie de waarden passen, zou het functioneel onmogelijk zijn om van elkaar te onderscheiden.
Sindsdien zijn theoretici op zoek naar iets dat zwarte gaten van elkaar kan onderscheiden. Als wetenschappers dat zouden kunnen vinden, zou het nieuwe onthullingen kunnen openen over de oorsprong van bepaalde zwarte gaten. Terwijl bijvoorbeeld wordt aangenomen dat veel zwarte gaten de overblijfselen zijn van ingestorte sterren, kunnen sommige zich direct na de oerknal hebben gevormd en uit abnormaal dichte gebieden in het vroegste universele weefsel samenvloeien. Een van deze oorspronkelijke zwarte gaten zou niet te onderscheiden zijn van een stellair zwart gat als de twee dezelfde massa, impulsmoment en elektrische lading hadden.
In 2018 ontdekte een groep onderzoekers onder leiding van natuurkundige Dejan Gajic van de Universiteit van Cambridge dat extreme zwarte gaten, die met de maximaal mogelijke elektrische lading, unieke eigenschappen hebben die de objecten van elkaar kunnen onderscheiden. Deze eigenschappen omvatten meetbare veranderingen in de horizon van een zwart gat (het punt waarop de zwaartekracht zo sterk is dat het licht niet kan ontsnappen) en de Cauchy-horizon (het punt waarop de causale relatie tussen het verleden en de toekomst afbreekt als gevolg van de tijdbuigende effecten van een sterk zwaartekrachtveld).
Burko en zijn collega's raakten geïnteresseerd in de vraag of unieke eigenschappen in zwarte gaten kunnen blijven zitten die bijna extreem zijn, maar niet helemaal. De onderzoekers rekenden voor twee soorten zwarte gaten. De eerste is een bijna extreem Reissner-Nordström zwart gat, een type zwart gat dat bijna de maximaal mogelijke elektrische lading heeft maar niet draait. De tweede, een bijna extreem zwart gat van Kerr, is een type zwart gat dat draait met bijna maximale spin maar geen elektrische lading heeft.
In beide van deze bijna extreme zwarte gaten vonden de onderzoekers een tijdje bewijs van "haar". De unieke eigenschappen van bijna extreme zwarte gaten zijn meetbaar wanneer een gesimuleerd zwart gat zich voor het eerst vormt, rapporteerden de onderzoekers op 15 november in het tijdschrift Physical Review Research, maar nemen na verloop van tijd af in een kwadratische functie van de tijd. Dat betekent dat de waarden eerst snel krimpen en daarna langzamer blijven krimpen. (Het onderzoeksteam heeft niet berekend hoe snel dit in realtime zou gebeuren, wat zou verschillen afhankelijk van de massa, spin en lading van een bepaald zwart gat.)
"Gedraagt zich korte tijd alsof het haar heeft zoals een maximaal draaiend zwart gat", vertelde Burko aan WordsSideKick.com. 'Maar na enige tijd begint het haar te verliezen, zodat het uiteindelijk weer kaal wordt.'
Hoewel al deze berekeningen momenteel theoretisch zijn, is er hoop voor waarnemingen in de echte wereld die de bevindingen zouden matchen of tegenspreken. Het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) -experiment meet nu actief de zwaartekrachtgolven, die rimpelingen in de ruimtetijd zijn die worden veroorzaakt door enorme objecten zoals neutronensterren en zwarte gaten. LIGO gebruikt twee op de grond gebaseerde observatoria om gravitatiegolven te meten. En deze metingen kunnen een blik werpen op harige zwarte gaten.
Een aankomend project, de Laser Interferometer Space Antenna (LISA), zal drie ruimtevaartuigen lanceren om gravitatiegolven vanuit de ruimte te detecteren. Dat project is ontworpen om zwaartekrachtsgolven te detecteren van superzware zwarte gaten. Het is niet te zeggen hoe lang die experimenten zullen moeten lopen om een bijna extreem zwart gat in actie te vangen, zei Burko, maar als er een opduikt, hebben de zwaartekrachtgolven misschien haar.
