Детекторы гравитационных волн работают как чуткие микрофоны, улавливающие дрожь пространства от далёких космических катастроф. После того как две чёрные дыры сливаются в одну, новорождённый объект звенит, словно колокол, и этот звон — уникальный «голос» гравитации. По частотам и затуханию этого звона астрономы восстанавливают массу, спин и другие свойства чёрной дыры — как по тембру узнают инструмент. Но что, если пространство устроено сложнее, чем кажется, и содержит скрытые измерения? В некоторых моделях наш мир — это толстая мембрана (брана), плавающая в многомерном океане. Тогда гравитационные волны могут просачиваться в дополнительные измерения, и их спектр должен нести отпечаток этой геометрии.
Авторы новой работы обнаружили, что в толстых бранах этот спектральный отпечаток ведёт себя неожиданно капризно. Малейшее возмущение — например, крошечная рябь на бране — способно вызвать настоящий «эффект бабочки»: частоты и затухания обертонов резко меняются, словно ноты в партитуре переставляются местами. При этом сам гравитационный сигнал, который доходит до наших детекторов, остаётся удивительно устойчивым в первые мгновения — основной тон звучит почти так же.
Чувствительность к возмущениям зависит от того, где именно они возникают: если рядом с браной — меняется только начало сигнала, а если далеко — появляются чёткие поздние эхо.
Самый важный вывод: несмотря на хрупкость спектра, гравитационный «колокол» в толстых бранах продолжает звонить привычно для наших нынешних инструментов. Это значит, что астрономы могут спокойно пользоваться стандартными методами анализа, не боясь пропустить что-то важное. Но в будущем, когда чувствительность детекторов вырастет, те самые поздние эхо и тонкие сдвиги частот могут стать окном в скрытые измерения.
Эффект бабочки в бранах означает, что смещение частицы на одну триллионную диаметра протона может полностью перестроить спектр гравитационных волн.