Фигуристка кружится на льду, постепенно сходя с орбиты. Так и маленькая звезда или чёрная дыра, обращаясь вокруг массивной чёрной дыры, теряет энергию. Она испускает гравитационные волны — рябь пространства-времени, которую улавливают детекторы на Земле.
Но танец этой пары сложнее, чем кажется. Маленький компаньон не просто точка. У него есть собственное вращение (как у волчка) и форма, которая меняется под действием приливных сил гиганта. Эти детали влияют на то, как быстро теряется энергия, а значит — на сам сигнал, который мы слышим. Авторы работы впервые рассчитали эти эффекты с полной точностью, используя теорию относительности Эйнштейна и метод «самовоздействия».
Результаты — это не только горы точных чисел, но и удобные формулы, которыми смогут пользоваться другие учёные. Они улучшат модели гравитационно-волновых сигналов для любых неравных пар — от звезды и чёрной дыры до двух чёрных дыр разной массы. А значит, будущие детекторы, такие как «Телескоп Эйнштейна» или LISA, смогут уловить даже самые тихие «ноты» космического оркестра.
Так танец крошечной звезды вокруг чёрной дыры становится ключом к разгадке того, как устроена гравитация в самых экстремальных условиях. И каждый новый, более точный расчёт приближает нас к тому, чтобы услышать эту музыку сфер во всей её полноте.
Гравитационные волны от слияния чёрных дыр были впервые зарегистрированы в 2015 году, но их существование предсказал Эйнштейн ещё в 1916 году.
В фильме «Интерстеллар» показана планета, вращающаяся вокруг сверхмассивной чёрной дыры, — подобные системы и изучаются в этой работе.