Menurut teori relativitas umum Einstein, lubang hitam hanya memiliki tiga sifat yang dapat diamati: massa, putaran (momentum sudut), dan muatan . Ciri-ciri tambahan, atau, sebagaimana fisikawan menyebutnya, "rambut", tidak ada.
Untuk menjelaskan idenya, bayangkan saudara kembar identik. Mereka memiliki genotipe yang sama, mereka adalah salinan genetik, tetapi bahkan saudara kembar seperti itu akan berbeda dalam banyak hal: dari temperamen hingga gaya rambut. Lubang hitam, menurut teori gravitasi Albert Einstein, hanya dapat memiliki tiga karakteristik: massa, putaran, dan muatan. Jika nilai-nilai ini sama untuk dua lubang hitam mana pun, maka keduanya identik, tidak mungkin membedakan satu dari yang lain. Lubang hitam tidak memiliki rambut.
"Menurut relativitas umum klasik, lubang hitam seperti itu akan benar-benar identik," kata Paul Chesler , ahli fisika teoretis di Universitas Harvard.
Namun, para ilmuwan bertanya-tanya apakah teorema tanpa rambut itu benar. Pada tahun 2012, ahli matematika Stefanos Aretakis , yang saat itu di Universitas Cambridge dan sekarang di Universitas Toronto, menyarankan bahwa beberapa lubang hitam mungkin memiliki ketidakstabilan di cakrawala peristiwa.
Ketidakstabilan akan memberikan tarikan gravitasi yang lebih kuat pada beberapa bagian cakrawala lubang hitam daripada yang lain. Ternyata dalam hal ini lubang hitam yang identik pun akan ada dibedakan .
Namun, persamaan Aretakis menunjukkan bahwa ini hanya mungkin untuk apa yang disebut lubang hitam ekstrim - lubang hitam yang memiliki nilai massa, spin, atau muatan tertinggi. Dan, menurut Chesler, lubang hitam semacam itu tidak mungkin ada di alam.
Tetapi katakanlah ada lubang hitam yang hampir ekstrim yang mendekati nilai maksimum, tetapi tidak mencapainya. Lubang hitam seperti itu bisa saja ada, setidaknya dalam teori. Akankah itu menyangkal teorema tanpa rambut?
Sebuah laporan yang dirilis pada akhir Januari menunjukkan bahwa ini mungkin terjadi.
Selain itu, detektor gelombang gravitasi terestrial dapat menangkap rambut seperti itu.
“Aretakis menyarankan bahwa ada beberapa informasi yang tersisa di cakrawala,” komentar Gaurav Hanna , fisikawan di University of Massachusetts dan University of Rhode Island, salah satu penulis penelitian.
Para ilmuwan berspekulasi bahwa bukti pembentukan lubang hitam atau gangguan cakrawala peristiwa kemudian (seperti materi jatuh ke dalam lubang hitam) dapat menciptakan ketidakstabilan gravitasi pada atau di dekat cakrawala peristiwa lubang hitam yang hampir ekstrim.
“Kami berasumsi bahwa sinyal gravitasi yang kami deteksi akan sangat berbeda dari lubang hitam biasa, yang tidak ekstrim,” kata Hanna.
Jika lubang hitam memiliki rambut, maka beberapa informasi tentang masa lalunya akan dipertahankan - ini akan memengaruhi paradoks informasi lubang hitam yang terkenal , yang dirumuskan oleh Stephen Hawking, seperti yang dicatat oleh Leah Medeiros , ahli astrofisika di Institute for Advanced Study di Princeton.
Paradoks ini mengungkapkan konflik mendasar antara relativitas umum dan mekanika kuantum, dua pilar fisika abad ke-20.
Jika kita menyangkal salah satu kondisi paradoks informasi, kita dapat menyelesaikan paradoks itu sendiri. Salah satu syaratnya adalah teorema tanpa rambut.
Implikasi dari penemuan ini akan menjadi signifikan. “Jika kita dapat membuktikan bahwa ruangwaktu sebenarnya dari lubang hitam di luar lubang hitam berbeda dari yang kita harapkan untuk dilihat, maka saya pikir itu akan membuat perbedaan yang sangat besar bagi relativitas umum,” kata Medeiros, salah satu penulis Oktober. laporan. , yang berfokus pada apakah geometri lubang hitam yang diamati cocok dengan asumsi.
Mungkin bagian yang paling menarik dari penelitian ini, bagaimanapun, adalah bahwa hal itu membuka jalan bagi bagaimana menggabungkan pengamatan lubang hitam dan fisika fundamental. Menemukan rambut di lubang hitam di laboratorium astrofisika yang mungkin paling ekstrim di alam semesta memungkinkan ide-ide seperti teori string dan gravitasi kuantum dieksplorasi dengan cara yang belum pernah mungkin dilakukan sebelumnya.
Ternyata persamaan Einstein sangat kompleks sehingga kita menemukan sifat baru setiap tahun.
Paul Chesler
"Salah satu masalah besar dengan teori string dan gravitasi kuantum adalah asumsi ini sulit untuk diuji," kata Medeiros, "jadi jika kita memiliki sesuatu yang dapat diverifikasi bahkan dari jarak jauh, itu luar biasa."
Namun, ada juga kendala serius. Tidak ada kepastian tentang keberadaan lubang hitam yang hampir ekstrim. Menurut Chesler, model terbaik saat ini cenderung membentuk lubang hitam yang berbeda 30% dari nilai ekstremnya. Dan bahkan jika lubang yang mendekati ekstrim memang ada, tidak sepenuhnya jelas apakah detektor gelombang gravitasi cukup sensitif untuk mendeteksi ketidakstabilan pada rambut.
Selain itu, rambut dianggap sangat cepat berlalu, berlangsung sepersekian detik.
Namun laporannya sendiri terlihat solid. “Saya tidak berpikir siapa pun di komunitas meragukan itu,” kata Chesler.
Langkah selanjutnya adalah melihat sinyal apa yang akan kami deteksi dengan detektor gelombang gravitasi: kami saat ini bekerja dengan LIGO dan Virgo, tetapi instrumen baru sedang diluncurkan, misalnya, LISA, percobaan bersama Badan Antariksa Eropa dan NASA di studi tentang gelombang gravitasi.
“Sekarang kita harus mengandalkan pekerjaan mereka dan benar-benar menghitung berapa frekuensi radiasi gravitasi nantinya. Penting untuk memahami bagaimana kami dapat mengukur dan mengidentifikasinya, ”kata Helvi Vitek , astrofisikawan di University of Illinois, Urbana-Champaign.
Meskipun peluang untuk menemukan rambut tidak begitu besar, penemuan semacam itu akan menimbulkan keraguan pada teori relativitas umum Einstein dan membuktikan keberadaan lubang hitam yang hampir ekstrem.
“Kami ingin tahu apakah alam mengizinkan binatang seperti itu ada,” kata Hannah.