Квантовые ядра чёрных дыр оставляют разные отпечатки в их «звоне»

Чёрная дыра, рождённая слиянием, «звенит» как колокол, испуская гравитационные волны с быстро затухающими тонами — квазинормальными модами. Высота и скорость затухания каждого тона определяются формой пространства-времени вокруг дыры. Если устроить центр дыры иначе, она должна звенеть иначе. Данную информацию сообщает портал Phys.org.

Учёные Давиде Батич, Фабио Скардильи и их коллеги вычислили эти тона для трёх моделей чёрных дыр, чьи центры изменены идеями квантовой гравитации. Результаты опубликованы в трёх статьях, последняя — в журнале Physics of the Dark Universe. Закономерность проста: там, где гравитация ослабевает на коротких расстояниях, дыра звенит выше и дольше; где усиливается — ниже и короче.

В первой работе (The European Physical Journal C) гравитация у центра усиливается, сингулярность сохраняется, но размазывается по сфере. Во второй (Physical Review D) рассматривалась дыра Бонанно–Ройтера из асимптотической безопасности: гравитация у центра выключается, сингулярность заменяется гладким ядром. В третьей — дыра Хейворда без сингулярности, где при критическом значении параметра 32/27 два горизонта сливаются.

Для расчётов использовался спектральный метод Чебышёва с арифметикой в 200 знаков, который воспроизвёл известные тона для дыры Эйнштейна с точностью до шести знаков. В крайнем случае дыра Хейворда звенит на 9,5% выше и затухает на 22,1% медленнее, чем дыра Эйнштейна той же массы, а дыра Бонанно–Ройтера — на 12,0% выше и на 22,3% медленнее. Планковская звезда ведёт себя наоборот: тон ниже на 25,0%, затухание быстрее на 21,6%.

Причина — в положении светового кольца, которое определяет звон. Если гравитация у центра слабее, кольцо сдвигается внутрь (у крайней дыры Хейворда с 3 до 2,65 массы), волны идут быстрее, тон выше. Если сильнее — кольцо уходит наружу (до 4,14), тон падает.

Услышать такие тона сегодня нельзя: эффект значим лишь для дыр массой в несколько планковских масс (десятки микрограммов). Для дыры массой с Солнце изменение меньше одной части на 10⁷⁶. Но карта отпечатков остаётся: слабая гравитация в центре делает «лучший колокол», сильная — «тусклее». Коды и спектры опубликованы открыто.