Горизонт чёрной дыры — это граница, откуда не может вырваться даже свет. Но в 1974 году Стивен Хокинг показал, что из-за законов квантовой физики эта граница слегка «светится». Пустое пространство у горизонта ведёт себя как кипящая вода: из него постоянно рождаются и исчезают пары частиц, и иногда одна частица улетает прочь, унося с собой крошечную долю массы дыры. Так чёрная дыра медленно испаряется.

Долгое время физики могли рассчитывать только самые простые случаи — например, испускание частиц без массы, как у света. Но настоящие частицы, из которых состоит материя, обладают массой и устроены сложнее. Такие массивные частицы описываются в Стандартной модели — нашем лучшем справочнике по элементарным частицам. С помощью компьютерного моделирования учёные впервые просчитали испускание массивных частиц вращающейся чёрной дырой. И здесь вступает вращение. Если дыра крутится, её гравитация закручивает пространство вокруг себя, и дыра начинает вести себя как дирижёр, задающий ритм трём разным волнам. Эти волны — словно три голоса в джазовом трио.

Первый голос — глухой контрабас. Он силён, пока дыра ленива и вращается неспешно. Второй — пронзительная скрипка. Когда дыра крутится почти с максимальной скоростью, эта волна начинает отбирать у неё энергию вращения и усиливаться. Такой эффект называют сверхизлучением. Третий голос — тихий альт, он почти не слышен и для общей картины не важен.

Самый неожиданный результат касается массы частиц. Обычно чем тяжелее частица, тем труднее ей родиться у горизонта — примерно как тяжёлый камень трудно выплеснуть из кипящей воды. Но быстрое вращение меняет правила. Оно способно выбрасывать частицы, которые в сто раз тяжелее, чем можно было бы ожидать от температуры дыры. Это похоже на бурю, которая поднимает в воздух не пыль, а камни. Первый же голос, наоборот, с ростом массы почти замолкает. Три голоса ведут себя совершенно по-разному.

Эти знания очень важны для поиска первичных чёрных дыр — крошечных объектов, которые, возможно, остались со времён рождения Вселенной. Их масса — примерно 10¹⁵ граммов (как небольшой астероид), и они должны испаряться прямо сейчас, выбрасывая частицы высоких энергий. Такие всплески могут поймать гамма-телескопы вроде Fermi-LAT. Без точного понимания всех трёх голосов мы рискуем пропустить сигнал или перепутать его с помехами.

Так край чёрной дыры, где кипит квантовая пустота, оказывается сценой для трёхголосого концерта. Каждая улетающая частица — это нота, спетая в три голоса, и от того, как звучит каждый, зависит судьба дыры. Этот процесс испарения тесно связан с понятием энтропии чёрной дыры, которую впервые осмыслил Якоб Бекенштейн. Разгадать эту музыку — значит научиться слышать последние вздохи исчезающих чёрных дыр.