Les astronomes pourraient bientôt être en mesure de détecter des paires de trous noirs supermassifs enfermés dans une spirale mortelle, non pas grâce aux ondes gravitationnelles, mais en observant comment ils déforment la lumière des étoiles. Une nouvelle méthode exploite la lentille gravitationnelle – la courbure de la lumière autour d’objets massifs – pour révéler ces duos cosmiques cachés bien avant que des détecteurs spatiaux dédiés comme LISA ne deviennent opérationnels.
La danse invisible des centres galactiques
La plupart des grandes galaxies abritent en leur cœur un trou noir supermassif, dont la masse varie de plusieurs millions à plusieurs milliards de fois la masse de notre Soleil. Lorsque les galaxies entrent en collision, ces trous noirs peuvent tomber en orbite les uns autour des autres, pour finalement fusionner. Actuellement, les trous noirs binaires identifiés sont largement séparés, mais l’action réelle se produit à proximité. La détection de ces paires plus proches est difficile ; les méthodes existantes s’appuient sur les futurs observatoires d’ondes gravitationnelles comme le LISA de l’Agence spatiale européenne ou le chinois TianQin.
Comment Lensing révèle l’invisible
La clé réside dans la manière dont les trous noirs binaires déforment l’espace-temps. Un seul trou noir nécessite un alignement parfait avec la lumière des étoiles, mais une paire offre une chance d’amplification beaucoup plus élevée. Lorsque les trous noirs tournent autour, ils créent une « courbe caustique » changeante – une région où la lumière est intensément amplifiée. Les étoiles passant par cette courbe clignoteront périodiquement, apparaissant plus brillantes à mesure que le caustique les recouvre.
“Les chances que la lumière des étoiles soit considérablement amplifiée augmentent énormément pour un binaire par rapport à un seul trou noir.” – Bence Kocsis, Université d’Oxford
Cet effet crée une signature distinctive : des éclats répétés de lumière stellaire, visibles au fil des années, qui distinguent ces systèmes des autres événements cosmiques. La forme et le mouvement de la courbe caustique codent des informations sur la masse des trous noirs et la désintégration orbitale. À mesure qu’ils se rapprochent, le signal de lentille changera en fréquence et en luminosité, fournissant ainsi des indices supplémentaires.
L’avenir de la chasse aux trous noirs
Bien que l’observation d’un système unique se limite à un seul instantané, les études du ciel nocturne permettront un recensement plus large. L’observatoire Vera C. Rubin au Chili et le télescope spatial romain Nancy Grace (lancé en 2027) devraient détecter de nombreux événements de lentilles de ce type. Ces observations pourraient ensuite être combinées avec les données de LISA (opérationnelle dans les années 2030) pour créer une carte détaillée de la fusion des trous noirs à travers l’univers.
La détection de ces géants cachés confirmera non seulement les modèles théoriques, mais ouvrira également de nouvelles voies pour tester la physique de la gravité et des trous noirs dans des environnements extrêmes. Cette méthode promet de fournir un nouvel outil puissant pour percer certains des mystères les plus profonds de l’univers.
