La relatività generale è una teoria matematica profondamente complessa, ma la sua descrizione dei buchi neri è sorprendentemente semplice. Un buco nero stabile può essere descritto da tre sole proprietà:la sua massa, la sua carica elettrica e la sua rotazione o spin. Poiché è improbabile che i buchi neri abbiano molta carica, ci vogliono davvero solo due proprietà. Se conosci la massa e lo spin di un buco nero, sai tutto quello che c'è da sapere sul buco nero.

Questa proprietà è spesso riassunta come il teorema dei capelli. Nello specifico, il teorema afferma che una volta che la materia cade in un buco nero, l'unica caratteristica che rimane è la massa. Potresti fare un buco nero con l'idrogeno di un sole, sedie o quelle vecchie copie di National Geographic dalla soffitta della nonna, e non ci sarebbe differenza. La massa è massa per quanto riguarda la relatività generale. In ogni caso, l'orizzonte degli eventi di un buco nero è perfettamente liscio, senza funzioni extra. Come disse Jacob Bekenstein, "I buchi neri non hanno capelli."

Ma con tutto il suo potere predittivo, la relatività generale ha un problema con la teoria quantistica. Questo è particolarmente vero con i buchi neri. Se il teorema dei capelli è corretto, le informazioni all'interno di un oggetto vengono distrutte quando attraversa l'orizzonte degli eventi. La teoria quantistica dice che le informazioni non possono mai essere distrutte. Quindi la valida teoria della gravità è contraddetta dalla valida teoria dei quanti. Questo porta a problemi come il paradosso del firewall, che non può decidere se un orizzonte degli eventi debba essere caldo o freddo.

Diverse teorie sono state proposte per risolvere questa contraddizione, spesso implicando estensioni alla relatività. La differenza tra la relatività standard e queste teorie modificate può essere vista solo in situazioni estreme, rendendoli difficili da studiare osservativamente. Ma un nuovo giornale in Lettere di revisione fisica mostra come potrebbero essere studiati attraverso la rotazione di un buco nero.

Molte teorie della relatività modificata hanno un parametro in più non visto nella teoria standard. Conosciuto come un campo scalare senza massa, permette al modello di Einstein di connettersi con la teoria quantistica in un modo che non è contraddittorio. In questo nuovo lavoro, il team ha osservato come un tale campo scalare si collega alla rotazione di un buco nero. Hanno scoperto che a bassi giri, un buco nero modificato è indistinguibile dal modello standard, ma ad alte rotazioni, il campo scalare consente a un buco nero di avere caratteristiche extra. In altre parole, in questi modelli alternativi, i buchi neri che ruotano rapidamente possono avere i capelli.

Gli aspetti pelosi dei buchi neri rotanti sarebbero visti solo vicino all'orizzonte degli eventi stesso, ma influenzerebbero anche la fusione dei buchi neri. Come sottolineano gli autori, futuri osservatori di onde gravitazionali dovrebbero essere in grado di utilizzare buchi neri in rapida rotazione per determinare se un'alternativa alla relatività generale è valida.

La teoria della relatività generale di Einstein ha superato ogni sfida osservativa finora, ma probabilmente si romperà negli ambienti più estremi dell'universo. Studi come questo mostrano come potremmo essere in grado di scoprire la teoria che verrà dopo.