Чёрная дыра — не идеальный пылесос. Она окружена роем частиц и полей, и этот рой меняет её судьбу. В новой работе астрофизики рассмотрели, как ведёт себя массивное векторное поле — гипотетическая форма тёмной материи — рядом с вращающейся чёрной дырой. Такое поле похоже на океан, волны которого омывают берег горизонта событий.
Оказалось, что вокруг дыры образуется плотный «шип» из поля, его плотность падает с расстоянием по закону $r^{-3/2}$. Это похоже на то, как пена собирается у кромки водоворота. Вращение пространства-времени почти не искажает этот шип, кроме области у эргосферы — зоны, где само пространство крутится быстрее света. Но главный сюрприз ждал в режиме сверхизлучения. Когда волна поля крутится в ту же сторону, что и дыра, она начинает вытягивать из неё энергию.
Для очень лёгких частиц поля эффект слабеет, и дыра растёт как обычно — до сотни солнечных масс в год. Эти цифры важны: они показывают, что танец чёрной дыры и тёмной материи может быть не только поглощением, но и борьбой, где дыра иногда проигрывает массу. В будущем это поможет понять, почему некоторые сверхмассивные чёрные дыры выглядят «голодными».
Эргосфера — это область вокруг вращающейся чёрной дыры, где ничто не может оставаться неподвижным: само пространство увлекает всё за собой, как водоворот щепку.
В фильме «Интерстеллар» герои используют вращение чёрной дыры для манёвра — сверхизлучение, описанное в статье, работает по схожему принципу, отбирая энергию вращения.