Камень падает в спокойную воду — по поверхности расходятся круги. Похоже ведёт себя чёрная дыра, когда в неё что-то падает или она сливается с другой. Дыра начинает колебаться, и эти колебания уходят в пространство гравитационными волнами. Астрофизики называют этот процесс «звоном» чёрной дыры.
Авторы новой работы построили компьютерную модель, которая впервые показывает полную историю такого звона — от самого первого всплеска до едва заметного затухания спустя долгое время. Раньше изучали только сам «звук» — частоты колебаний. Теперь можно увидеть, как меняется громкость сигнала и как быстро он стихает. Для этого использовали не обычные уравнения Эйнштейна, а их расширенную версию — параметризованную теорию «за пределами Тьюкольски». Она добавляет в расчёты маленькие поправки, которые могут указывать на новую физику.
Моделирование сравнивали с точными математическими решениями. Для простых случаев совпадение оказалось отличным. Когда колебания становились сложнее, возникала «примесь» других тонов, и выделить чистый сигнал становилось труднее. Именно такие смешанные сигналы приходят от реальных чёрных дыр. Значит, новый подход поможет точнее расшифровывать данные с детекторов гравитационных волн и искать там следы неизвестных законов природы.
Чёрная дыра «звенит» не одним чистым тоном, а сразу несколькими — как колокол, по которому ударили молотком. Каждый тон затухает со своей скоростью, и по ним можно узнать массу и скорость вращения дыры.
В фильме «Интерстеллар» герои передают данные через гравитационные волны — примерно так учёные и надеются однажды уловить «шёпот» квантовых поправок к теории Эйнштейна.