中国科学家揭秘黑洞“长毛”新发现
中国科学家揭秘黑洞“长毛”新发现
近日，中国科学院大学物理学院教授田雨和博士生陈前等人在《物理审查快报》上发表了一篇题为《Critical phenomena in dynamical scalarization of charged black hole》的研究论文。该研究揭示了黑洞“长毛”的全新机制，通过非线性动力学过程，无毛黑洞能够逐步演变成带毛黑洞，并发现了这一过程中存在的普适临界现象。这项突破性的成果不仅丰富了我们对黑洞的理解，也为引力波探测及事件视界望远镜观测提供了新的可观测信号，标志着国内研究团队在国际基础物理前沿理论研究方面取得了重要进展。
什么是黑洞“无毛定理”？
1973年，史蒂芬·霍金、布兰登·卡特等人证明了约翰·惠勒提出的无毛定理（en No Hair Theorem）。根据约翰·惠勒的说法，黑洞只有质量、角动量以及电荷三个不能变为电磁辐射的守恒量，其他的信息全都丧失了，几乎没有形成它的物质所具有的任何复杂性质。黑洞不存在如立方体、椎体或其他有凸起的形态，因此称为黑洞的无毛定理。
中国科学家的新发现
中国科学院大学物理学院教授田雨和博士生陈前与暨南大学、扬州大学和上海交通大学的科学家合作，在国际物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表了题为“Critical phenomena in dynamical scalarization of charged black hole”的学术论文。
研究团队考虑了麦克斯韦电磁场和标量场非最小耦合的引力物理模型，发现尽管“无毛”黑洞在标量场的线性扰动下稳定，但在部分参数空间内，非线性不稳定性会导致黑洞视界外的标量场逐步增强最终饱和，形成稳定的“带毛”黑洞。文章揭示了带毛过程中的临界现象。接近临界扰动时，动力学会出现“吸引子”解，无毛黑洞趋于不稳定的“临界”带毛黑洞，持续一段时间后系统会最终演化成无毛黑洞或者带毛黑洞。这个临界现象的持续时间、标度规律等都被一一解释说明。
研究的意义
这项研究独创性地利用非线性动力学机制寻找“带毛”黑洞，首次发现黑洞“长毛”过程中的普适临界现象。研究提供了孤立存在的黑洞能不断通过吸积标量场，从无毛黑洞变成带毛黑洞的物理过程，为引力波探测及事件视界望远镜观测提供了更加丰富的黑洞物理可观测信号，对黑洞物理深入研究做出了重要贡献。
本研究得到了科技部、国家基金委、中国科学院、广东省的支持。