Черная дыра звенит, как колокол, когда в нее падает что-то массивное. Этот звон — гравитационные волны, и его обертоны рассказывают о форме горизонта. Недавно в теории beyond-Horndeski гравитации (расширении общей теории относительности) обнаружили черные дыры с первичным скалярным «волосом» — дополнительным полем, которое не исчезает даже в покое.
Авторы рассчитали, как такое поле меняет спектр квазинормальных мод (затухающих колебаний) и излучение Хокинга. Оказалось, что основной тон, связанный со световым кольцом, меняется умеренно. А вот высшие обертоны очень чувствительны: частоты сдвигаются, обертоны перестраиваются, и появляется эхо — дополнительные волновые пакеты после главного сигнала. Причина в крошечной деформации пространства у самого горизонта, которую создает скалярное поле.
Еще интереснее ведет себя пропускание излучения (коэффициент серости). В некоторых диапазонах параметров возникает резонансное туннелирование: волны проходят сквозь барьер не монотонно, а с характерными всплесками. Из-за этого излучение Хокинга начинает осциллировать — его интенсивность зависит от частоты не плавно, а с горбами и провалами. Такое поведение можно искать в данных гравитационно-волновых обсерваторий и в будущих наблюдениях испарения первичных черных дыр.
Интересно, что голые сингулярности (решения без горизонта) в этой теории оказались квантово-механически сингулярными: у них нет корректной динамики. Природа словно запрещает им существовать — еще один мостик между классической гравитацией и квантовой теорией.
Высшие обертоны черной дыры могут быть в сотни раз чувствительнее к форме горизонта, чем основной тон, — примерно как если бы по звуку шагов в коридоре можно было определить, приоткрыта ли дверь на миллиметр.
В романе «Свет далеких звезд» Грега Игана сигнатуры скалярных полей вокруг черных дыр используют для проверки теорий гравитации — почти как в этой работе.