Si deux trous noirs fusionnent au milieu de l'espace, et personne n'est là pour le voir, ça arrive vraiment ?

À ce jour, la seule façon dont les astronomes ont assisté de manière concluante à la fusion des trous noirs est à travers leur émission d'ondes gravitationnelles - de subtiles ondulations dans le tissu de l'espace-temps. Ces fusions n'avaient aucune contrepartie dans le spectre électromagnétique :pas de boum, pas de flash, pas de supernova, aucune lumière.

Ces trous noirs fusionnant étaient des affaires relativement petites, avec des trous noirs pas plus gros que quelques dizaines de fois la masse du soleil. Cependant, les fusions de trous noirs supermassifs pourraient être accompagnées d'un fantastique spectacle de lumière. Si nous pouvions capturer à la fois les ondes gravitationnelles et électromagnétiques du même événement, cela ouvrirait une toute nouvelle fenêtre sur l'étude de la nature de l'extrême gravité.

Le moyen le plus simple de repérer la fusion des trous noirs géants est d'identifier les disques d'accrétion brillants qui entourent chacun d'eux (connus sous le nom de noyaux galactiques actifs, ou AGN), selon un nouvel article paru récemment dans le journal de prépublication arXiv. En réalité, nous avons peut-être déjà un candidat à la fusion prochaine entre nos mains avec la galaxie radio 0402+379. Mais trouver ces paires est douloureusement difficile, nécessitant des heures d'observations détaillées et quelques pauses chanceuses.

Une autre méthode consiste à rechercher la variabilité du rendement lumineux d'un AGN. Alors que les trous noirs orbitent et se rapprochent régulièrement les uns des autres, le flux lumineux total changera de manière presque régulière. Un candidat avec cette approche est le blazar OJ 287, qui s'éclaircit environ tous les 12 ans.

Dernièrement, les astronomes peuvent être en mesure de repérer la fusion des trous noirs grâce au décalage Doppler de la lumière émise par la paire, même s'ils ne peuvent pas discerner les trous noirs individuels. Ceci est similaire à la technique utilisée pour identifier les exoplanètes autour d'étoiles lointaines.

Les auteurs de l'article soulignent que nous commençons tout juste maintenant à nous lancer dans toute cette affaire d'"astronomie à ondes gravitationnelles", et nous avons beaucoup de travail à faire avant d'attraper une fusion massive de trous noirs dans la loi. Mais si nous le faisions, ce serait une mine d'or à l'échelle des observations de l'explosion de la kilonova, une occasion unique d'étudier les propriétés de la gravité dans l'un des environnements les plus extrêmes du cosmos.