Бросьте в пруд два камня разной формы — круги на воде расскажут, какой из них был гладким, а какой угловатым. Так же работают гравитационные волны — рябь пространства-времени, предсказанная общей теорией относительности: когда два сверхплотных объекта сливаются, дрожь пространства-времени разносит подробности об их внутреннем устройстве.

Считается, что у чёрных дыр нет «волос» — дополнительных деталей, кроме массы и скорости вращения. Это предсказывает теорема об отсутствии волос, один из краеугольных камней физики чёрных дыр. Нейтронные звёзды или гипотетические экзотические объекты устроены сложнее: их сплюснутость или грушевидность зависят от того, из какого «теста» они слеплены — физики называют это уравнением состояния, то есть соотношением между давлением и плотностью вещества. Когда такие тела кружатся в паре, их вращение создаёт небольшие отличия в форме — квадрупольный и октупольный моменты (отклонения от идеального шара и более тонкие искажения). Эти отличия чуть-чуть меняют ритм испускаемых гравитационных волн.

Авторы работы взяли гибкий метод FTI (от англ. flexible theory-agnostic — не привязанный к конкретной теории), который позволяет анализировать сигналы без предположений об их источнике, и добавили в форму сигнала поправки, отвечающие за эти моменты. Сначала они проверили подход на искусственных сигналах — симулированных данных, где ответ известен, — затем применили к реальным данным, собранным коллаборацией LIGO-Virgo-KAGRA. Оказалось, что нынешние детекторы пока не могут надёжно измерить такие тонкости: их чувствительности не хватает, чтобы выделить слабые отклонения на фоне шума. Но будущие установки — Телескоп Эйнштейна и Cosmic Explorer — способны определить квадрупольный момент с точностью до нескольких сотых, а октупольный — до десятых долей. Это в сто раз лучше сегодняшних ограничений. Если сигнал покажет отклонение от чёрнодырного шаблона, значит, мы поймали самозванца — например, нейтронную звезду или нечто совсем необычное.