Nhờ xu hướng hút mọi thứ xung quanh - ngay cả ánh sáng - các lỗ đen không tiết lộ manh mối về nguồn gốc hoặc lịch sử của chúng. Thực tế bực bội này đã khiến các nhà khoa học trong thập niên 1960 tuyên bố rằng hố đen "không có tóc". Bằng cách này, các nhà nghiên cứu có nghĩa là các lỗ đen có rất ít đặc điểm phân biệt để tách biệt với nhau.
Bây giờ, các tính toán mới cho thấy rằng một số lỗ đen có thể mọc tóc, nhưng họ không thể giữ nó lâu. Theo công trình mới, các lỗ đen quay gần (nhưng không hoàn toàn) vòng quay tối đa có thể hiển thị một số thuộc tính độc đáo. Nhưng những đặc tính này không tồn tại lâu trước khi lỗ đen "hói" và không thể phân biệt được với các loại khác.
"Đây là một phát hiện thú vị, bởi vì đó là một hành vi nhất thời", tác giả nghiên cứu Lior Burko, nhà vật lý học tại Theiss Research ở California cho biết.
Phép ẩn dụ cho tóc lỗ đen phát triển từ toán học được thực hiện bởi các nhà vật lý Jacob Bekenstein và John Wheeler trong những năm 1960 và đầu những năm 1970. Các nhà nghiên cứu lập luận rằng theo lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein, các lỗ đen có thể được mô tả chỉ bằng ba thông số quan sát được: khối lượng của chúng, động lượng góc và điện tích của chúng. Mọi thứ khác, tất cả các thông tin khác, bị mắc kẹt trong lực hấp dẫn của lỗ đen và do đó không thể quan sát được. Với hai lỗ đen khớp với cả ba giá trị, về mặt chức năng sẽ không thể phân biệt cái này với cái kia.
Kể từ đó, các nhà lý thuyết đã săn lùng thứ gì đó có thể phân biệt các lỗ đen với nhau. Nếu các nhà khoa học có thể tìm thấy thứ gì đó, nó có thể mở ra những tiết lộ mới về nguồn gốc của các lỗ đen cụ thể. Ví dụ, trong khi nhiều lỗ đen được cho là tàn dư của các ngôi sao bị sụp đổ, một số có thể đã hình thành ngay sau Vụ nổ lớn, thoát ra khỏi các khu vực dày đặc bất thường trong vải phổ biến sớm nhất. Một trong những lỗ đen nguyên thủy này sẽ không thể phân biệt được với lỗ đen sao nếu cả hai có cùng khối lượng, động lượng góc và điện tích.
Năm 2018, một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi nhà vật lý Dejan Gajic, tại Đại học Cambridge, đã phát hiện ra rằng các lỗ đen cực lớn, những người có điện tích tối đa có thể, có các tính chất độc nhất có thể phân biệt các vật thể với nhau. Những tính chất này liên quan đến những thay đổi có thể đo được đối với chân trời sự kiện của lỗ đen (điểm mà lực hấp dẫn mạnh đến mức ánh sáng không thể thoát ra) và chân trời Cauchy của nó (điểm mà mối quan hệ nhân quả giữa quá khứ và tương lai bị phá vỡ do các hiệu ứng uốn cong thời gian của một trường hấp dẫn mạnh).
Burko và các đồng nghiệp của ông đã quan tâm đến việc liệu các thuộc tính độc nhất có thể chứa trong các lỗ đen gần như cực đoan, nhưng không hoàn toàn. Các nhà nghiên cứu đã làm toán cho hai loại lỗ đen. Đầu tiên là lỗ đen Reissner-Nordström gần như cực đoan, một loại lỗ đen có điện tích gần như tối đa có thể nhưng không quay. Thứ hai, một lỗ đen Kerr gần như cực đoan, là một loại lỗ đen quay với tốc độ quay gần như tối đa nhưng không có điện tích.
Trong cả hai lỗ đen gần như cực đoan này, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng về "tóc" - trong một thời gian. Các tính chất độc đáo của lỗ đen cực gần có thể đo được khi lỗ đen mô phỏng lần đầu tiên hình thành, các nhà nghiên cứu đã báo cáo vào ngày 15 tháng 11 trên tạp chí Phys Review Research, nhưng suy giảm theo thời gian theo hàm bậc hai của thời gian. Điều đó có nghĩa là các giá trị co lại nhanh chóng lúc đầu, sau đó tiếp tục co lại chậm hơn khi thời gian trôi qua. (Nhóm nghiên cứu không tính toán điều này sẽ xảy ra nhanh như thế nào trong thời gian thực, điều này sẽ khác nhau tùy thuộc vào khối lượng, độ xoáy và điện tích của một lỗ đen nhất định.)
"Trong một thời gian ngắn, hành xử giống như nó có mái tóc giống như một lỗ đen quay cực đại", Burko nói với Live Science. "Nhưng sau một thời gian, nó bắt đầu rụng tóc để cuối cùng nó lại bị hói."
Trong khi tất cả các tính toán này hiện chỉ là lý thuyết, có hy vọng cho các quan sát trong thế giới thực sẽ khớp hoặc mâu thuẫn với các phát hiện. Thí nghiệm Quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) hiện đang tích cực đo sóng hấp dẫn, là những gợn sóng trong không gian được tạo ra bởi các vật thể lớn như sao neutron và lỗ đen. LIGO sử dụng hai đài quan sát trên mặt đất để đo sóng hấp dẫn. Và những phép đo này có thể cung cấp một cái nhìn về các lỗ đen lông.
Một dự án sắp tới, Anten không gian giao thoa kế laser (LISA), sẽ phóng ba tàu vũ trụ để phát hiện sóng hấp dẫn từ không gian. Dự án đó được thiết kế để phát hiện sóng hấp dẫn từ các lỗ đen siêu lớn. Không biết các thí nghiệm đó sẽ phải chạy trong bao lâu để bắt được một lỗ đen cực kỳ hoạt động, Burko nói, nhưng nếu một người bật lên, sóng hấp dẫn của nó có thể có tóc.
