Гравитационные волны от крошечного тела, падающего на чёрную дыру, работают как рентгеновский снимок. Только просвечивают не кость, а само искривлённое пространство-время. В новой работе астрофизики взяли заряженную чёрную дыру из теории петлевой квантовой гравитации — там, где у обычной дыры была бы бесконечно сжатая точка, появляется гладкая поверхность перехода, словно дно колодца сменилось упругим батутом. И запустили вокруг неё лёгкую частицу-зонд.
Траектория зонда оказалась не просто эллипсом. Она складывается в замысловатые лепестковые узоры — их называют зум-вихревыми орбитами. Частица то кружит почти по окружности, то резко ныряет ближе к центру, и этот танец зависит от заряда дыры и квантовой поправки. Каждый узор имеет свой ритм: отношение частоты вращений по углу и по радиусу задаёт, сколько лепестков нарисует зонд, прежде чем замкнуть петлю.
Эти орбиты не просто красивы — они диктуют форму гравитационных волн. В рамках квадрупольного приближения учёные построили сигнал, который увидел бы далёкий детектор. Волна в форме зум-вихря: сначала долгий шелест почти кругового движения, потом резкий всплеск при сближении. Частоты таких сигналов попадают в миллигерцовый диапазон — туда, где будут слушать космос будущие антенны LISA, Taiji и TianQin.
Получается, что гравитационная волна несёт отпечаток внутреннего устройства чёрной дыры. Если петлевая квантовая гравитация права, и сингулярность заменена квантовым мостиком, то зум-вихревой узор на графике чуть сместится по фазе или амплитуде. Будущие наблюдения смогут поймать эту разницу — и тогда мы впервые заглянем за горизонт, не пересекая его.
Орбиты вокруг чёрной дыры могут замыкаться только при строго определённых соотношениях частот — как музыкальные интервалы, которые дают чистый аккорд, а не какофонию.
В романе «Контакт» Карла Сагана инопланетный сигнал содержал чертежи машины, использующей вращающиеся чёрные дыры — чем не зум-вихревая орбита на галактическом масштабе?