يسقط حجر في ماء هادئ — فتنتشر دوائر على السطح. يتصرف الثقب الأسود بطريقة مشابهة عندما يسقط فيه شيء ما أو عندما يندمج مع ثقب آخر. يبدأ الثقب في الاهتزاز، وتنتقل هذه الاهتزازات إلى الفضاء على شكل موجات ثقالية. يطلق علماء الفيزياء الفلكية على هذه العملية اسم «رنين» الثقب الأسود.
ابتكر مؤلفو الدراسة الجديدة نموذجًا حاسوبيًا يُظهر لأول مرة التاريخ الكامل لمثل هذا الرنين — من أول تموج إلى الخفوت بالكاد الملحوظ بعد وقت طويل. في السابق، كانوا يدرسون فقط «الصوت» نفسه — ترددات الاهتزاز. الآن يمكن رؤية كيف تتغير جهارة الإشارة ومدى سرعة خفوتها. وللقيام بذلك، استخدموا ليس معادلات أينشتاين العادية، بل نسختها الموسعة — نظرية بارامترية «خارج نطاق تيوكولسكي». تضيف هذه النسخة تصحيحات صغيرة إلى الحسابات قد تشير إلى فيزياء جديدة.
قورنت المحاكاة بالحلول الرياضية الدقيقة. بالنسبة للحالات البسيطة، كان التطابق ممتازًا. عندما أصبحت الاهتزازات أكثر تعقيدًا، ظهرت «شوائب» من نغمات أخرى، وأصبح فصل الإشارة النقية أكثر صعوبة. هذه الإشارات المختلطة هي بالضبط ما يصل من الثقوب السوداء الحقيقية. وهذا يعني أن النهج الجديد سيساعد في فك تشفير البيانات من كاشفات الموجات الثقالية بدقة أكبر والبحث فيها عن آثار قوانين طبيعة غير معروفة.
لا «يرن» الثقب الأسود بنغمة نقية واحدة، بل بعدة نغمات في وقت واحد — مثل جرس ضُرب بمطرقة. كل نغمة تخفت بسرعتها الخاصة، ومن خلالها يمكن معرفة كتلة الثقب وسرعة دورانه.
في فيلم «بين النجوم»، ينقل الأبطال البيانات عبر موجات ثقالية — وهذا تقريبًا ما يأمل العلماء في التقاطه يومًا ما: «همس» التصحيحات الكمومية لنظرية أينشتاين.