Чёрная дыра — не мёртвый объект. После возмущения, например слияния с другой дырой, она звенит, как колокол. Этот звон — не просто звук, а сложный набор затухающих колебаний, которые называют квазинормальными модами. Их частота и скорость затухания зависят от самой дыры: её массы, заряда и вращения.
В новой работе учёные рассмотрели заряженные чёрные дыры в особом типе пространства — анти-де Ситтеровском (оно похоже на вогнутое седло). Оказалось, что при изменении температуры такая дыра может перестраиваться скачком: сначала быть большой, потом сжаться до маленькой, а затем снова расшириться до промежуточного размера. Это похоже на возвратный фазовый переход, знакомый по некоторым жидкостям и сплавам. Но здесь — в масштабах горизонта событий.
Авторы решили уравнение Клейна-Гордона для безмассового скалярного поля методом стрельбы и вычислили частоты квазинормальных мод для каждой фазы. Частоты чётко различались: маленькая дыра звенела на одной ноте, большая — на другой, а промежуточная — на третьей. Так физики получили «голосовой отпечаток» каждой термодинамической фазы. Теперь, слушая звон далёких чёрных дыр, можно понять, не переживают ли они внутреннюю перестройку — как по звуку льющейся воды отличают горячую от холодной.
Возвратные фазовые переходы, подобные обнаруженному у чёрных дыр, встречаются в обычной жизни: например, смесь никотина и воды при нагреве сначала смешивается, потом разделяется, а затем снова смешивается.
В романе «Солярис» Станислава Лема океан планеты порождал сложные структуры, напоминающие квазинормальные моды — затухающие колебания, хранящие память о прошлых состояниях.