天体物理学家惊讶地发现极端黑洞具有可以被梳理的“引力发”

艺术家对通过吸积盘旋转并喷射出黑洞的物质的构想。

黑洞被认为是宇宙中最神秘的物体之一。他们之所以感兴趣，部分原因在于它们实际上是爱因斯坦广义相对论场方程的最简单解决方案之一。实际上，黑洞只能通过三个物理量完全表征：它们的质量，自旋和电荷。由于它们没有其他“毛状”属性来区分它们，因此黑洞被称为“无毛状”：质量，自旋和电荷相同的黑洞彼此完全相同。

Theiss Research的Lior Burko博士与马萨诸塞州达特茅斯大学的Gaurav Khanna教授以及罗德岛大学合作，与他的前任学生Subir Sabharwal博士一起发现一种特殊的黑洞违反了黑洞的唯一性，即所谓的黑洞唯一性。 “无毛发”定理。具体来说，研究小组研究了极端的黑洞，这些黑洞被“饱和”的电荷或自旋可能携带的最大电荷“饱和”。

他们发现，可以根据黑洞视界的时空曲率构造一个量，该量可以保存，并且可以由遥远的观察者测量。由于此数量取决于黑洞的形成方式，而不仅取决于三个经典属性，因此它违反了黑洞的唯一性。

该数量构成“引力发”，并可能由最近和即将出现的引力波观测站（如LIGO和LISA）进行测量。这种新头发的结构遵循Angelopoulos，Aretakis和Gajic在使用标量场和球形黑洞的更简单“玩具”模型的情况下发现的类似数量的发展，并将其扩展到旋转的重力扰动那些。

伯科说：“这一新结果令人惊讶，因为黑洞唯一性定理已经确立，特别是将它们扩展到极端黑洞。必须有一个不满足定理的假设，以解释该定理在这种情况下不适用的情况。”的确，该团队遵循了Aretakis的先前工作，发现即使极端黑洞的外部扰动像常规黑洞一样衰减，沿着事件范围，某些扰动场也会无限期地发展。

“唯一性定理假设时间独立。但是Aretakis现象明显违反了事件范围内的时间独立性。这是一个漏洞，头发可以通​​过引力波观测台弹出并在很远的距离处梳理。” Burko说。与其他发现黑洞标定中的头发的工作不同，布尔科指出：“在这项工作中，我们正在研究真空爱因斯坦理论，而没有其他修改该理论并且可能违反强等效原理的动力场。”

该团队使用非常密集的数值模拟来生成结果。仿真涉及并行使用数十个最高端的Nvidia图形处理单元（GPU），每个图形处理单元具有5,000多个内核。“这些GPU中的每个GPU每秒都可以执行多达7万亿次计算；但是，即使具有这样的计算能力，模拟也要花好几周才能完成。” Khanna说。

考虑到这项工作的突破性性质，它以有声望的信件在1/26/2021的顶级物理学期刊之一 Physical Review D上发表。

参考：Lior M. Burko，Gaurav Khanna和Subir Sabharwal的极端克尔黑洞的标量和重力头发，2021年1月26日， Physical Review D。
10.1103 / PhysRevD.103.L021502

该研究部分由国家科学基金会和海军研究办公室资助。UMass Dartmouth的科学计算与可视化研究中心（CSCVR）的计算资源被用于该研究工作。CSCVR通过向大学生和研究生提供超越研究领域或学科的传统界限的高质量，基于发现的教育经验，并促进大学内部与其他大学的研究人员进行计算机科学领域的合作研究，来促进UMass Dartmouth的使命。 ，国家实验室和行业。卡纳（Khanna）担任中心主任。