Массивный волчок крутится так быстро, что само пространство вокруг него закручивается в спираль. Это чёрная дыра — только вместо дерева и металла она сделана из чистой гравитации. Добавим к ней необычное электромагнитное поле, которое слегка меняет правила игры. Получится «деформированная» чёрная дыра: её форма и поведение чуть отличаются от привычных, описанных ещё полвека назад.
Группа физиков рассчитала, как такая дыра будет выглядеть в телескоп и как она «звучит» после столкновений. Они взяли параметр деформации g и выяснили: если он превышает примерно 1,26 массы дыры, то тень на небе — то самое знаменитое кольцо — станет заметно больше, чем наблюдается у чёрной дыры в центре Млечного Пути. Её сфотографировали с рекордной точностью в 2022 году. Интересно, что ограничение не зависит от скорости вращения — только от массы.
Затем авторы перешли к «звону» — квазинормальным модам (частотам, на которых дыра вибрирует после возмущения, как колокол после удара). В высокочастотном режиме удалось вывести простые формулы сдвига этих частот. Оказалось, что и здесь допустимый g примерно такой же. Это не совпадение, а взаимная проверка двух совершенно разных методов.
Самый неожиданный результат касается энергии. Вращающаяся дыра может отдавать часть своей энергии вращения через магнитные поля — этот процесс называют пересоединением в эргосфере. Авторы вычислили, сколько энергии можно извлечь из деформированной дыры, и сравнили с обычной керровской. Если разница слишком велика, реальность такого объекта маловероятна. Получился ещё более жёсткий предел на g, причём зависящий от скорости вращения: чем быстрее крутится дыра, тем строже ограничение.
В итоге два независимых подхода — тень и вибрации — дают согласованную верхнюю границу деформации, а энергетический метод ещё сильнее сужает допустимую область. Даже простые, однослойные модели могут давать полезные ограничения, проверяемые уже сегодняшними данными и будущими наблюдениями горизонта событий. Так волчок-дыра, чуть отклоняясь от идеала, сам рассказывает о своих секретах — через тень, звук и энергию вращения.
Тень чёрной дыры на самом деле больше самого горизонта — примерно в 2,6 раза. Это потому, что свет огибает дыру, и мы видим фотоны, которые чудом избежали падения.
В фильме «Интерстеллар» сверхмассивная чёрная дыра Гаргантюа показана с учётом реальной физики вращения — и её тень выглядит именно так, как предсказывают расчёты.