Un trou noir n'est pas un objet mort. Après une perturbation, par exemple la fusion avec un autre trou noir, il sonne comme une cloche. Cette sonnerie n'est pas un simple son, mais un ensemble complexe d'oscillations amorties appelées modes quasi-normaux. Leur fréquence et leur taux d'amortissement dépendent du trou noir lui-même : sa masse, sa charge et sa rotation.
Dans ce nouveau travail, les scientifiques ont examiné des trous noirs chargés dans un type particulier d'espace — l'espace anti-de Sitter (qui ressemble à une selle concave). Il s'avère que lorsque la température change, un tel trou noir peut se restructurer par sauts : d'abord grand, puis se contracter jusqu'à devenir petit, puis se dilater à nouveau jusqu'à une taille intermédiaire. Cela ressemble à une transition de phase réentrante, connue pour certains liquides et alliages. Mais ici, à l'échelle de l'horizon des événements.
Les auteurs ont résolu l'équation de Klein-Gordon pour un champ scalaire sans masse par la méthode de tir et ont calculé les fréquences des modes quasi-normaux pour chaque phase. Les fréquences étaient clairement distinctes : le petit trou noir sonnait sur une note, le grand sur une autre, et l'intermédiaire sur une troisième. Ainsi, les physiciens ont obtenu une « empreinte vocale » de chaque phase thermodynamique. Désormais, en écoutant le son des trous noirs lointains, on peut comprendre s'ils subissent une restructuration interne — comme on distingue l'eau chaude de l'eau froide au son du versement.
Les transitions de phase réentrantes, semblables à celle découverte pour les trous noirs, se rencontrent dans la vie courante : par exemple, un mélange de nicotine et d'eau, lorsqu'il est chauffé, se mélange d'abord, puis se sépare, puis se mélange à nouveau.
Dans le roman « Solaris » de Stanislas Lem, l'océan de la planète engendrait des structures complexes rappelant les modes quasi-normaux — des oscillations amorties qui gardent la mémoire des états passés.