Чёрная дыра после удара звенит, как колокол. Только вместо звука она испускает гравитационные волны, частота которых быстро падает — это называют квазинормальными модами. По такому «звону» можно узнать массу дыры, её вращение и другие свойства.
Авторы работы взяли чёрную дыру с квантовыми поправками (добавкой, которая проявляется на очень малых масштабах) и поместили её во вселенную с космологической постоянной — той самой, что заставляет пространство расширяться или сжиматься. С помощью двух численных методов они вычислили, как меняется спектр звона. Оказалось, что дополнительный квантовый параметр заметно сдвигает частоты, но не делает систему неустойчивой. Все возмущения затухают, превращаясь в башни квазинормальных колебаний.
Интересно, что эффект квантовых поправок сильнее проявляется для малых чёрных дыр. Для больших, сравнимых с теми, что рождаются при слиянии, отклонения малы, но их всё равно можно искать. Это как слушать колокол: если чуть изменить форму металла, звук станет другим, но колокол не треснет. Так и здесь — квантовые поправки меняют «голос» дыры, но не ломают её.
Квазинормальные моды чёрной дыры были впервые вычислены для простого случая ещё в 1970-х годах, но до сих пор их прямое наблюдение остаётся сложной задачей для гравитационно-волновых обсерваторий.
В фильме «Интерстеллар» визуализация чёрной дыры Гаргантюа опиралась на реальные расчёты, но квазинормальные моды там не звучат — их можно было бы «услышать» только с помощью детекторов.