Стремительно вращающаяся чёрная дыра — область, где пространство-время искривлено до предела, — напоминает колокол, способный гудеть веками. Её особые колебания, или квазинормальные моды, почти не затухают, теряя энергию невероятно медленно. Новое исследование показывает: когда рядом оказывается маленький спутник — нейтронная звезда или иной компактный объект, — его орбитальное движение действует как молоточек. Он ритмично «бьёт» по гравитационному полю дыры, и при совпадении частоты этих гравитационных «ударов» с собственной частотой гула возникает резонанс. Дыра начинает «петь» мощнее, а её звон отнимает энергию вращения — этот процесс, известный как механизм Пенроуза, предсказал Роджер Пенроуз. Самое неожиданное: звук не стихает, потому что энергия для него черпается прямо из вращения дыры. Изучая чистоту этой гравитационно-волновой «ноты», учёные впервые могут измерить поверхностную гравитацию горизонта — величину, ранее недоступную для прямых наблюдений. Такие резонансы обещают стать точным компасом для будущих детекторов гравитационных волн, позволяя проверять общую теорию относительности Эйнштейна в сильнейших гравитационных полях.
Такие почти вечные колебания возможны лишь у чёрных дыр, вращающихся на пределе — их «поверхность» движется со скоростью, близкой к световой. У медленных дыр звук гаснет почти сразу.
Похищение энергии у чёрных дыр описано в фантастике — от романов до концепции «сферы Дайсона». Теперь это не вымысел, а наблюдаемое явление: резонанс спутника высасывает вращение, превращая его в гравитационные волны — и мы скоро сможем это услышать.