Stephen Hawking nous a quittés il y a seulement huit ans que déjà on ne parle plus beaucoup de lui. Il n'a pas eu le temps de voir une découverte en 2022 qui revient sur le devant de la scène avec une interprétation consolidée ce mois d'août 2026. Il y est question d'ondes gravitationnelles et de trous noirs supermassifs. Ce n'est pas très connu, mais Hawking a expliqué plusieurs fois qu'au début des années 1970, il avait envisagé avec des collègues de faire construire un détecteur d'ondes gravitationnelles à l'Université de Cambridge.

Il s'agissait d'explorer la voie que le physicien Joseph Weber pensait avoir ouverte, lui-même pensait déjà observer de telles ondes en utilisant de grands cylindres d'aluminium ultrapur, d'environ deux mètres de long et un mètre de diamètre. L'étirement de l'espace sous l'effet du passage de ces ondes ferait vibrer et résonner les barres, à la manière de diapasons géants.

Weber se trompait et de toute façon, ce n'était pas la bonne solution pour détecter ces ondes. Il fallait utiliser des lasers comme les physiciens - notamment Rainer Weiss - allaient le comprendre par la suite.

Pour comprendre de quoi il est question aujourd'hui, il faut se souvenir que l'astrophysicien Pieter van Dokkum, de l'université Yale aux États-Unis, avait été surpris avec des membres de son équipe en observant avec Hubble la galaxie naine RCP 28 qui est située à environ 7,5 milliards d'années-lumière de la Voie lactée. Au départ, il s'agissait seulement d'en savoir plus sur l'étude des galaxies naines et leur importance dans la compréhension de l'évolution cosmique.

Cette image d'archives du télescope spatial Hubble révèle une curieuse structure linéaire, si inhabituelle qu'elle fut d'abord attribuée à un artefact d'imagerie des caméras de Hubble. Toutefois, des observations spectroscopiques ultérieures ont montré qu'il s'agit d'une chaîne d'étoiles bleues jeunes s'étendant sur 200 000 années-lumière. Un trou noir supermassif se trouve à l'extrémité de ce pont, en bas à gauche. Ce trou noir a été éjecté de la galaxie située en haut à droite ; en comprimant le gaz sur son passage, il a laissé derrière lui une longue traînée d'étoiles bleues jeunes. Un tel phénomène n'avait jamais été observé auparavant dans l'Univers. Cet événement singulier s'est produit alors que l'Univers avait environ la moitié de son âge actuel. © Nasa, ESA, Pieter van Dokkum (Yale) ; traitement de l'image : Joseph DePasquale (STScI)

Un « bang supersonique » dans le milieu intergalactique

Les données de Hubble montraient une structure linéaire inédite de 200 000 années-lumière de long semblant générée par RCP 28. Une fois éliminée l'hypothèse qu'il s'agissait d'une sorte d'illusion d'optique et qu'il ne s'agissait pas d'un jet produit par un trou noir géant dans la galaxie naine, les astrophysiciens sont ensuite arrivés à la conclusion qu'ils observaient un alignement d'étoiles produites par l'effondrement gravitationnel de la matière au passage d'une onde de choc dans le milieu intergalactique, un peu comme le ferait un avion avec un bang supersonique.

Pour expliquer cette onde de choc, il fallait supposer qu'elle était causée par l'éjection d'une façon ou d'une autre d'un trou noir supermassif par RCP 28, un astre baptisé en anglais Recoiling Supermassive Black Hole RBH-1 (voir arXiv).

Les données prises par Hubble et plus tard avec le télescope James-Webb laissent penser qu'au bout de l'alignement des jeunes étoiles bleues, se trouve un trou noir supermassif contenant environ 20 millions de masses solaires et fonçant à près de 1 000 kilomètres par seconde.

Un effet fusée avec des ondes gravitationnelles

Des chercheurs de l'Université de Californie à Santa Barbara et de l'Université du Texas à Austin expliquent maintenant dans un article publié dans Physical Review Letters qu'ils ont percé le secret de l'éjection de ce trou noir en montrant qu'on pouvait faire intervenir une théorie déjà explorée il y a plusieurs décennies.

Au départ, il y aurait eu une collision de deux trous noirs géants suite à la fusion d'une collision spectaculaire entre RCP 28 et une autre galaxie naine. On sait que le phénomène doit générer des ondes gravitationnelles, mais en supposant que les deux trous noirs étaient en rotation très rapide, à environ 70 à 75 % de la vitesse de rotation maximale autorisée par la relativité générale, avec un axe incliné et en précession, un peu comme une toupie qui oscille. Surtout, les deux axes ne devaient pas être parallèles.

Les calculs montrent alors que l'on peut retrouver les observations, car la fusion des deux trous noirs a généré un flux d'ondes asymétriques, un peu comme si l'on avait une fusée propulsée par un faisceau d'ondes gravitationnelles. Ce serait donc cet effet qui a éjecté RBH1 de RCP 28.