En astrophysique, la théorie précède souvent l’observation de plusieurs décennies. La relativité restreinte d’Einstein avait prédit la lentille gravitationnelle, mais ce n’est que bien plus tard que les télescopes ont pu le confirmer. Aujourd'hui, grâce à la sensibilité sans précédent du télescope spatial James Webb, une autre prédiction tant attendue est enfin visible :les trous noirs en fuite.
Les « trous noirs en fuite » sont des trous noirs supermassifs éjectés de leurs galaxies hôtes, se déplaçant à des vitesses qui les maintiennent sur des trajectoires intergalactiques ouvertes. Elles sont analogues aux comètes interstellaires comme 3I/ATLAS, qui ont été observées traversant notre système solaire depuis l'extérieur de la Voie lactée. Bien que les échelles diffèrent, les deux objets sont lancés à grande vitesse par des frondes gravitationnelles lorsque deux corps massifs se croisent à la bonne distance et au bon angle. Dans cette dernière découverte, le trou noir supermassif a probablement été projeté par un autre compagnon supermassif.
Même si nous ne pouvons pas voir directement un trou noir, son passage laisse une empreinte détectable sur les étoiles environnantes. Une préimpression non publiée de 2025 sur arXiv rapporte une traînée stellaire de 200 000 années-lumière, traînant un brillant « choc d’arc supersonique » qui forme la tête du flux. Les calculs suggèrent que le trou noir fuit le centre de sa galaxie hôte à environ 2 millions de kilomètres par heure.
La traînée de condensation provient d'une région située à environ 7 milliards d'années-lumière, ce qui explique pourquoi seul le télescope spatial James Webb pourrait la résoudre. Les modèles théoriques envisagent la possibilité d'un emballement des trous noirs depuis les années 1970, mais les preuves observationnelles sont restées insaisissables jusqu'à présent.
En 2023, Pieter vanDokkum de Yale a identifié pour la première fois une faible traînée dans les images d'archives de Hubble, mais le signal était trop faible pour distinguer les étoiles individuelles. Lorsque les optiques supérieures de Webb étaient dirigées vers les mêmes coordonnées, le flux stellaire se transformait en un choc d'étrave et un sillage traînant distincts.
Un choc d’arc cosmique reflète la forme d’un bateau fendant l’eau. Alors que le trou noir en fuite traverse les étoiles à des millions de kilomètres par heure, sa gravité comprime la densité stellaire devant lui, formant un « arc » brillant. L’immense vitesse disperse ensuite la plupart de ces étoiles dans un sillage, laissant derrière elles une traînée visible qui trahit le voyageur invisible. Bien que l'étude reste une prépublication, vanDokkum et ses collègues recherchent déjà des preuves supplémentaires de l'existence de trous noirs à grande vitesse.