Чёрная дыра — область пространства-времени с настолько сильной гравитацией, что даже свет не может её покинуть — похожа на волчок, который в вакууме вращался бы вечно. Но если вокруг неё сформируется облако из сверхлёгких бозонов — гипотетических частиц с целым спином, — картина меняется. Такой «туман» работает как невидимый тормоз: частицы вытягивают вращательную энергию дыры, заставляя её замедляться. Взамен облако раскачивается и начинает испускать гравитационные волны — рябь пространства-времени, предсказанную общей теорией относительности, похожую на круги от брошенного камня, только камень этот невидим, а пруд — сама Вселенная.

Авторы работы прикинули, что сможет увидеть будущий космический детектор LISA — лазерный интерферометр в космосе, предназначенный для регистрации низкочастотных гравитационных волн, — когда станет наблюдать за слияниями массивных чёрных дыр. Они рассмотрели два способа охоты на бозоны. Первый — прямое измерение того, как быстро вращается каждая дыра до и после слияния: если вращение оказывается ниже ожидаемого, это может указывать на работу бозонного облака. Второй — прицельный поиск гравитационных волн от остатка после слияния, когда облако особенно активно переизлучает накопленную энергию.

Результаты зависят от того, какая модель рождения массивных чёрных дыр верна — из лёгких «семян» или из тяжёлых. Но в любом случае измерения спинов (скорости вращения) дыр позволят прощупать диапазон масс бозонов примерно от 5×10⁻¹⁸ до 10⁻¹⁴ электронвольт — это как искать монетку не на ощупь, а по её тени на песке. Поиск гравитационных волн от остатков слияний более узок, зато может дать уверенное обнаружение, если бозоны попадут в чувствительную область. Для некоторых моделей вероятность найти такой сигнал близка к ста процентам.