Un rayon de lumière s'approche d'un trou noir non pas de face, mais en biais. Si l'angle est parfait, la lumière ne tombe pas à l'intérieur et ne s'échappe pas – elle commence à tourner en cercles, comme un patineur sur le bord d'un entonnoir. Ce chemin étroit est l'anneau photonique. Il agit comme une lentille, réfléchissant à plusieurs reprises l'image de tout ce qui tombe dans le trou.
Les physiciens ont calculé que c'est précisément sur cet anneau que la limite établie pour le chaos quantique est atteinte. Le chaos, ici, désigne la vitesse à laquelle deux trajectoires lumineuses presque identiques divergent, comme deux pièces de monnaie lancées côte à côte, dont l'une rebondit soudainement sur le côté. Il s'avère que la vitesse de cette divergence ne peut pas être quelconque : elle est limitée par la température du système. Pour l'anneau photonique, la température n'est pas définie par la chaleur au sens habituel, mais par l'accélération subie par une corde d'essai – un « thermomètre » imaginaire issu de la théorie des cordes – suspendue au-dessus de l'horizon. Les calculs ont montré que sur l'orbite équatoriale de l'anneau, le chaos croît exactement à la vitesse maximale autorisée – ni plus vite, ni plus lentement.
Ce résultat n'est pas qu'une belle mathématique. Les auteurs ont montré que la saturation de la limite quantique du chaos entraîne automatiquement la saturation d'une autre limite fondamentale – la limite de Bekenstein. Celle-ci stipule la quantité d'informations qui peut « s'écouler » d'un système par unité de temps. Dans la phase de sonnerie décroissante d'un trou noir, lorsqu'il se calme après une fusion, l'information s'échappe par des modes d'oscillation particuliers – les modes quasi-normaux. Et la vitesse de cette fuite s'avère également être la vitesse maximale possible. Ainsi, l'anneau photonique devient un pont entre la thermodynamique des trous noirs et la dynamique du chaos quantique – deux domaines qui vivent généralement séparément.
L'anneau photonique d'un trou noir n'est pas un cercle unique, mais une série infinie d'anneaux imbriqués, comme une poupée russe. Chaque anneau suivant correspond à une lumière qui a fait un tour de plus, et il est plus faible et plus proche de l'ombre du trou.
Dans le film « Interstellar », la visualisation du trou noir Gargantua incluait l'anneau photonique – ce halo lumineux autour de l'ombre, où l'on voit l'image réfléchie à plusieurs reprises du disque d'accrétion.