Луч света подлетает к черной дыре не в лоб, а по касательной. Если угол идеален, свет не падает внутрь и не улетает прочь — он начинает наматывать круги, как конькобежец по краю воронки. Эта узкая дорожка и есть фотонное кольцо. Оно работает как линза, многократно отражая изображение всего, что падает в дыру.
Физики рассчитали, что именно на этом кольце достигается предел, установленный для квантового хаоса. Хаос здесь — это скорость, с которой две почти одинаковые траектории света расходятся, словно две брошенные рядом монетки, одна из которых внезапно отскакивает в сторону. Оказалось, что скорость этого расхождения не может быть любой: она ограничена температурой системы. Для фотонного кольца температура задается не теплом в обычном смысле, а ускорением, которое испытывает пробная струна — воображаемый «градусник» из теории струн, — висящая над горизонтом. Вычисления показали: на экваториальной орбите кольца хаос растет ровно с максимально допустимой скоростью — ни быстрее, ни медленнее.
Этот результат не просто красивая математика. Авторы показали, что из насыщения квантового предела хаоса автоматически следует насыщение другого фундаментального предела — предела Бекенштейна. Он говорит о том, сколько информации может «вытечь» из системы за единицу времени. В фазе затухающего звона черной дыры, когда она успокаивается после слияния, информация уходит через особые моды колебаний — квазинормальные моды. И скорость этой утечки тоже оказывается максимально возможной. Так фотонное кольцо становится мостом между термодинамикой черных дыр и динамикой квантового хаоса — двумя областями, которые обычно живут отдельно.
Фотонное кольцо черной дыры — это не один круг, а бесконечная серия вложенных друг в друга колец, как матрешка. Каждое следующее кольцо — это свет, сделавший на один оборот больше, и оно все тусклее и ближе к тени дыры.
В фильме «Интерстеллар» визуализация черной дыры Гаргантюа включала фотонное кольцо — тот самый световой обод вокруг тени, где видно многократно отраженное изображение аккреционного диска.