Un trou noir sonne comme une cloche lorsqu'un objet massif y tombe. Cette sonnerie, ce sont les ondes gravitationnelles, et ses harmoniques révèlent la forme de l'horizon. Récemment, dans la théorie de la gravité beyond-Horndeski (une extension de la relativité générale), on a découvert des trous noirs avec un « cheveu » scalaire primaire — un champ supplémentaire qui ne disparaît pas même au repos.
Les auteurs ont calculé comment ce champ modifie le spectre des modes quasi-normaux (oscillations amorties) et le rayonnement de Hawking. Il s'avère que le mode fondamental, associé à l'anneau de lumière, change modérément. En revanche, les harmoniques supérieurs sont très sensibles : les fréquences se décalent, les harmoniques se réorganisent, et un écho apparaît — des paquets d'ondes supplémentaires après le signal principal. La cause en est une infime déformation de l'espace juste à l'horizon, créée par le champ scalaire.
Encore plus intéressant est le comportement de la transmission du rayonnement (coefficient de gris). Dans certaines plages de paramètres, un tunneling résonant apparaît : les ondes traversent la barrière non pas de manière monotone, mais avec des pics caractéristiques. De ce fait, le rayonnement de Hawking commence à osciller — son intensité dépend de la fréquence non pas de façon lisse, mais avec des bosses et des creux. Un tel comportement peut être recherché dans les données des observatoires d'ondes gravitationnelles et dans les futures observations de l'évaporation des trous noirs primordiaux.
Il est intéressant de noter que les singularités nues (solutions sans horizon) dans cette théorie se sont révélées singulières du point de vue de la mécanique quantique : elles n'ont pas de dynamique correcte. La nature semble leur interdire d'exister — un autre pont entre la gravité classique et la théorie quantique.
Les harmoniques supérieurs d'un trou noir peuvent être des centaines de fois plus sensibles à la forme de l'horizon que le mode fondamental — un peu comme si, par le bruit des pas dans un couloir, on pouvait déterminer si une porte est entrouverte d'un millimètre.
Dans le roman « La Lumière des étoiles lointaines » de Greg Egan, les signatures des champs scalaires autour des trous noirs sont utilisées pour tester les théories de la gravité — presque comme dans ce travail.