ブラックホールは髪を伸ばし、その後はげに行きます

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彼らの周りのすべてを吸い込む傾向のおかげで-たとえ軽いものであっても-ブラックホールは彼らの起源や歴史についての手がかりを漏らさない。この苛立たしい事実により、1960年代の科学者たちはブラックホールには「髪がない」と宣言しました。これにより、研究者たちは、ブラックホールを区別するための特徴がほとんどないことを意味しました。

現在、新しい計算では、一部のブラックホールが髪を育てる可能性があることを示唆していますが、長く維持することはできません。新しい研究によると、可能な限り(ほぼ完全ではないが)回転するブラックホールは、いくつかのユニークな特性を示しています。しかし、これらの特性は、ブラックホールが「ハゲ」になり、他の種類のものと区別がつかなくなるまで長くは持続しません。

「これは一過性の振る舞いであるので、これは興味深い発見です」とカリフォルニアのTheiss Researchの物理学者である研究著者のLior Burkoは言った。

ブラックホールヘアのメタファーは、物理学者のジェイコブベケンシュタインとジョンウィーラーが1960年代と1970年代初頭に行った数学から生まれました。アインシュタインの一般相対性理論の下では、ブラックホールは3つの観測可能なパラメーター(質量、角運動量、電荷)で説明できると主張しました。他のすべての情報、他のすべての情報は、ブラックホールの引力の中に閉じ込められているため、観測することができません。 3つの値すべてに一致する2つのブラックホールがある場合、一方を他方から区別することは機能的に不可能です。

それ以来、理論家たちはブラックホールを互いに区別できるものを探し求めてきました。科学者が何かを見つけることができれば、特定のブラックホールの起源について新たな発見が開かれるかもしれません。たとえば、多くのブラックホールは崩壊した星の残骸であると考えられていますが、ビッグバンの直後に形成され、初期の普遍的なファブリックの異常に密集した領域から合体しているものもあります。これらの原始ブラックホールの1つは、2つの質量、角運動量、および電荷が同じである場合、恒星のブラックホールと区別できません。

2018年、ケンブリッジ大学の物理学者Dejan Gajicが率いる研究者グループは、可能な限り最大の電荷を持つものである極端なブラックホールには、オブジェクトを互いに区別できる独自の特性があることを発見しました。これらの特性には、ブラックホールの事象の地平線(重力が強すぎて光が逃げられない点)とそのコーシーの地平線(過去と未来の因果関係が壊れて壊れる点)の測定可能な変化が含まれていました強い重力場の時間を曲げる効果)。

バーコと彼の同僚は、ユニークではないプロパティが、ほとんど極端ではないがブラックホールにあるかどうかに興味を持ちました。研究者たちは、2種類のブラックホールの計算を行いました。 1つ目は、ほぼ極端なReissner-Nordströmブラックホールです。これは、可能な限り最大の電荷を持ちながら回転しないタイプのブラックホールです。 2番目の、ほぼ極端なカーブラックホールは、ほぼ最大のスピンで回転するが電荷を持たないタイプのブラックホールです。

これらのほぼ極端なブラックホールの両方で、研究者たちはしばらくの間、「髪」の証拠を発見しました。研究者らは、Physical Review Research誌の11月15日に、シミュレートされたブラックホールが最初に形成されたときに、極端に近いブラックホールの固有の特性を測定できるが、時間の2次関数で時間とともに低下することを報告しました。つまり、値は最初は急速に縮小し、その後時間が経過するにつれてゆっくりと縮小し続けます。 (研究チームは、これがリアルタイムで発生する速度を計算していませんでした。これは、特定のブラックホールの質量、スピン、電荷によって異なります。)

「短期間では、最大限に回転するブラックホールのように髪の毛があるように動作します」とBurkoはLive Scienceに語った。 「しかししばらくすると、この髪の毛が失われ始め、やがて再びはげになります。」

これらの計算はすべて理論上のものですが、実際の観察結果と一致または矛盾する可能性があります。レーザー干渉計重力波天文台(LIGO)の実験では、中性子星やブラックホールなどの巨大な物体によって生成される時空の波紋である重力波を積極的に測定しています。 LIGOは2つの地上の観測所を使用して重力波を測定します。そして、これらの測定値は、毛深いブラックホールの外観を提供する可能性があります。

次のプロジェクトであるレーザー干渉計スペースアンテナ(LISA)は、宇宙からの重力波を検出する3つの宇宙船を打ち上げます。そのプロジェクトは超巨大ブラックホールからの重力波を検出するように設計されています。 Burko氏は、実際に行われているブラックホールを捕らえるために、これらの実験がどれだけの期間実行される必要があるかはわかりませんが、ひとたび現れると、その重力波に毛が生える可能性があります。

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