Les trous noirs « n'ont pas de cheveux » :aucun attribut permettant de les distinguer. Les trous noirs extrêmes (tournant à la vitesse maximale autorisée) peuvent avoir une propriété supplémentaire, cheveux permanents constitués d'un champ scalaire sans masse. Des trous noirs presque extrêmes (comme Gargantua, le trou noir présenté dans le film "Interstellar") ont des cheveux qui sont un phénomène transitoire :des trous noirs presque extrêmes qui tentent de repousser les cheveux les perdront et redeviendront chauves.

Les trous noirs de la théorie de la relativité d'Einstein peuvent être complètement décrits par seulement trois paramètres :leur masse, moment cinétique de spin, et charge électrique. Puisque deux trous noirs qui partagent ces paramètres ne peuvent pas être distingués, quelle que soit la façon dont ils ont été fabriqués, On dit que les trous noirs "n'ont pas de cheveux" - ils n'ont pas d'attributs supplémentaires qui peuvent être utilisés pour les distinguer.

Au début des années 1970, feu Jacob Bekenstein a fourni une preuve de l'inexistence de cheveux constitués de champs scalaires étant donné un ensemble d'hypothèses sur les propriétés de ces derniers. Le chercheur Lior Burko de Theiss Research a déclaré :« Depuis la preuve de Bekenstein, plusieurs articles ont trouvé des exemples de cheveux scalaires, et tous ces exemples violent l'une ou l'autre des hypothèses faites par Bekenstein. Mais dans tous les cas, les cheveux étaient faits du champ scalaire lui-même."

Récemment, il a été montré que les trous noirs qui sont chargés par la charge électrique maximale possible ("trous noirs extrêmes") peuvent avoir une propriété supplémentaire, cheveux permanents constitués d'un champ scalaire sans masse, et que ces cheveux nouvellement trouvés peuvent être observés de très loin. "Un cheveu scalaire sans masse ne viole aucune des hypothèses sous-jacentes à la preuve de Bekenstein. Ce fut une grande surprise pour moi lorsque ce nouveau cheveu a été trouvé par Angelopoulos, Aretakis, et Gajic, J'ai donc voulu l'examiner plus en détail. Ce sont des cheveux dans un sens différent des types de cheveux qui ont été trouvés auparavant. Ce n'est pas le champ scalaire lui-même, mais une certaine intégrale sur une dérivée du champ scalaire qui est à calculer à la surface du trou noir, sur son horizon événementiel, " dit Burko.

Les nouveaux cheveux peuvent être observés à grande distance, en y calculant une quantité différente. "La mesure à grande distance qu'Angelopoulos, Aretakis, et Gajic trouvé n'est précis à proprement parler qu'à une époque infiniment tardive, " ajouta Burko. " Il s'agirait d'observateurs très éloignés du trou noir, et qui font les mesures dans un futur infini. Nous voulions voir ce qui se passe à des heures tardives mais finies, pour voir la dépendance temporelle de la mesure et comment elle approche sa valeur asymptotique. Une autre particularité de ce nouveau poil est qu'il ne s'applique qu'aux trous noirs exactement extrêmes, et nous voulions comprendre ce qui se passe lorsque le trou noir est presque extrême, mais pas vraiment extrême."

Burko et ses collègues Gaurav Khanna de l'Université du Massachusetts à Dartmouth et son ancien étudiant Subir Sabharwal, actuellement avec le groupe Eastamore, montré dans un article qui vient d'être publié dans Examen physique de la recherche que les mesures à grande distance se rapprochent de la valeur des cheveux, avec la différence entre eux décroissant avec le temps inverse. Mais ensuite, ils sont allés au-delà du modèle original utilisé par Angelopoulos, Aretakis, et Gajic, et généralisé les cheveux aux trous noirs qui tournent à la vitesse de rotation maximale possible ou juste à proximité.

"En plus d'une valeur maximale de charge, il y a aussi une limite à la vitesse à laquelle un trou noir peut tourner. Les trous noirs qui tournent à la vitesse maximale autorisée sont donc aussi appelés trous noirs extrêmes. Nous décrivons les trous noirs à charge maximale et à rotation maximale sous le nom de trous noirs extrêmes, car il y a beaucoup de similitudes entre les deux. Les nouveaux cheveux ont été trouvés à l'origine pour un modèle de jouet très utile pour les trous noirs, en particulier les trous noirs qui sont à symétrie sphérique et chargés électriquement. Mais les trous noirs en réalité ne sont ni l'un ni l'autre. Au lieu, nous voulions savoir si ces cheveux peuvent être trouvés aussi pour filer des trous noirs, " a déclaré Burko. "Dans le film 'Interstellar', le trou noir monstre est presque extrême. Nous voulions voir si Gargantua avait des cheveux."

L'équipe a utilisé des simulations numériques très intensives pour générer leurs résultats. Les simulations impliquaient l'utilisation de dizaines d'unités de traitement graphique (GPU) Nvidia haut de gamme avec plus de 5, 000 cœurs chacun, en parallèle. "Chacun de ces GPU peut effectuer jusqu'à 7 000 milliards de calculs par seconde ; cependant, même avec une telle capacité de calcul, les simulations ont pris plusieurs semaines à compléter », a déclaré Khanna.

L'équipe a montré que pour les trous noirs en rotation presque extrêmes, les cheveux sont un comportement transitoire. À des moments intermédiaires, les trous noirs presque extrêmes se comportent comme des trous noirs extrêmes, mais à des heures tardives, ils se comportent comme des habitués, trous noirs non extrêmes. "Les trous noirs presque extrêmes peuvent prétendre qu'ils sont extrêmes pendant un certain temps seulement. Mais finalement leur non-extrémalité devient manifeste, " a résumé Burko. " Des trous noirs presque extrêmes qui tentent de repousser les cheveux vont les perdre et redevenir chauves. " L'équipe discute également des caractéristiques d'observation, par exemple., avec des observatoires d'ondes gravitationnelles tels que LIGO/VIRGO ou LISA, de la détection par un pistolet fumant de trous noirs presque extrêmes.