Чёрная дыра — не просто пустота, а массивный объект, который искривляет пространство вокруг себя. Если она оказывается в облаке невидимой тёмной материи (вещества, которое не излучает свет, но ощущается по гравитации), её поведение меняется. В этой работе учёные рассмотрели чёрную дыру с зарядом и квантовыми поправками, погружённую в такое облако.
Они выяснили, как выглядит её тень — тёмный силуэт на фоне яркого окружения. Фонарь в густом тумане даёт похожую картину: сам фонарь не виден, но вокруг него светлое пятно, а в центре — тёмная область. У чёрной дыры эта область зависит от того, сколько тёмной материи вокруг. Чем её больше, тем крупнее тень. Заряд дыры тоже влияет, но слабее, а квантовые поправки почти незаметны.
Ещё авторы изучили, как чёрная дыра «звенит». После слияния или другого возмущения она испускает гравитационные волны — рябь пространства, похожую на затухающий звук колокола. Частота и скорость затухания этого звона тоже сильнее всего зависят от тёмной материи. По таким «нотам» можно было бы определить, сколько тёмного вещества окутывает дыру.
Наконец, исследователи оценили, как тёмная материя влияет на испарение чёрной дыры. Стивен Хокинг предсказал, что дыры медленно теряют массу, излучая энергию. Оказалось, что плотное облако тёмной материи делает это излучение более скудным — как если бы одеяло приглушало тепло.
Тень чёрной дыры в центре галактики M87, которую сфотографировали в 2019 году, имеет размер около 40 миллиардов километров — это в несколько раз больше нашей Солнечной системы.
В фильме «Интерстеллар» тень чёрной дыры Гаргантюа показана с ярким кольцом света — именно такие тени учёные используют для проверки теорий гравитации.