Если бросить камешек в пруд, по воде пойдут круги. Примерно так же «звучит» чёрная дыра, когда в неё падает материя или когда её пространство-время слегка встряхивает. Эти затухающие колебания называют квазинормальными модами — как звон колокола, который постепенно стихает.
Авторы работы взяли не обычную чёрную дыру, а исправленную с учётом петлевой квантовой гравитации — подхода, где само пространство состоит из крошечных «петелек». Они поместили такую дыру в мир с дополнительными измерениями (как если бы наш трёхмерный мир был лишь плёнкой в многомерном пространстве) и добавили слабое отталкивание — космологическую постоянную (то, что заставляет Вселенную расширяться всё быстрее). Потом они рассчитали, как такая дыра будет колебаться от лёгких скалярных возмущений — простейшего вида волн, вроде звуковых, но для самого пространства.
Оказалось, что квантовые поправки лишь слегка сдвигают частоты, а вот изменение числа измерений меняет картину радикально: колебания становятся чаще и затухают быстрее. Все моды оказались стабильными — дыра не разрушается от таких возмущений. Затем исследователи построили тень чёрной дыры — тёмный силуэт на фоне яркого кольца, который возникает из-за искривления лучей света. Размер тени чутко реагирует на квантовый параметр, космологическую постоянную и особенно на число измерений: чем их больше, тем тень меньше.
Сравнив теоретический радиус тени с данными наблюдений за дырой в M87, авторы получили ограничения на параметры модели. Это значит, что будущие наблюдения гравитационных волн и теней чёрных дыр могут стать двумя независимыми способами проверить, есть ли у пространства дополнительные измерения и работает ли петлевая квантовая гравитация в сильных полях. Камешек брошен — круги расходятся.
Тень чёрной дыры — это не сама дыра, а область, откуда свет не может вырваться из-за сильного искривления лучей. Её диаметр примерно в 2,6 раза больше горизонта событий, поэтому на снимке M87 тёмное пятно кажется огромным.
В фильме «Интерстеллар» показана чёрная дыра Гаргантюа, тень и аккреционный диск которой были смоделированы с учётом реальной физики искривления света.