В центре обычной чёрной дыры, по классическим представлениям, прячется сингулярность — точка бесконечной плотности, где законы физики перестают работать. Но некоторые теории, вдохновлённые идеей дуальности из теории струн, предлагают заменить точку на крошечную «размазанную» область. Её размер задаётся так называемой нулевой длиной (минимально возможным расстоянием, меньше которого пространство теряет смысл).
Авторы работы взяли такую несингулярную чёрную дыру и посмотрели, как она повлияет на два знакомых физических явления: «звон» массивного скалярного поля (рябь, которую можно сравнить с эхом от удара колокола) и движение частиц и света вблизи горизонта. Гравитационные волны тут не фигурируют напрямую, но сам подход перекликается с их анализом.
Что обнаружили? С одной стороны, чем тяжелее скалярное поле, тем выше частота его колебаний и тем медленнее они затухают — такой долгий звон может стать заметной подписью подобных объектов. С другой стороны, чем больше нулевая длина, тем меньше становится тень чёрной дыры (тот самый тёмный силуэт на фоне яркого аккреционного диска), частота фотонного кольца растёт, а энергия связи на круговой орбите увеличивается. Иными словами, одна и та же регуляризация оставляет согласованные отпечатки и в волновом эхе, и в геометрии тени.
Если бы наше Солнце сжалось до чёрной дыры, его горизонт событий был бы всего около 6 километров в поперечнике, а нулевая длина, о которой идёт речь, в миллиарды миллиардов раз меньше протона.
В романе «Свет далёких звёзд» Грега Игана исследуются вселенные с модифицированной гравитацией, где привычные астрофизические объекты ведут себя иначе, и тени чёрных дыр могут сильно отличаться от предсказаний Эйнштейна.