En 2019, le télescope Event Horizon a offert à l'humanité la première image de l'ombre d'un trou noir. Depuis, les astrophysiciens rêvent de plus : voir comment la matière se déplace dans l'entonnoir même de l'espace-temps. L'une des énigmes est le chaos. La théorie prédit que les orbites des particules autour d'un trou noir peuvent être régulières, comme un battement de cœur, ou chaotiques, comme du bruit. Mais comment le remarquer depuis la Terre ?

Un groupe de chercheurs a construit un modèle numérique d'un point chaud, un amas de plasma brillant se déplaçant dans le champ d'un trou noir en rotation (métrique de Kerr) sous l'effet d'un champ électromagnétique externe. Pour six orbites, trois régulières et trois chaotiques, ils ont calculé les courbes de lumière, c'est-à-dire les graphiques de la variation de luminosité au fil du temps. L'observateur regardait sous un angle de 17 degrés, et l'image avait une résolution de 6000×6000 pixels.

Le résultat est élégant. Pour les orbites régulières, les courbes de lumière ressemblent à un battement de cœur régulier : une périodicité nette, et le spectre de puissance, qui répartit l'énergie du signal selon les fréquences, se compose de pics étroits et isolés. Les orbites chaotiques produisent des fluctuations désordonnées, et leur spectre de puissance ressemble à du bruit : des bandes larges et continues de faible amplitude. Même lorsqu'une orbite régulière ne montre pas de périodicité évidente dans sa courbe de lumière, son spectre révèle quand même des pics aigus. C'est exactement le signe recherché.

Jusqu'à présent, il n'existait aucun moyen fiable de distinguer observationnellement les orbites chaotiques des orbites régulières autour des trous noirs. Désormais, ce moyen existe : il suffit de prendre la courbe de lumière d'un point chaud et d'examiner son spectre de puissance. La méthode peut déjà être appliquée aujourd'hui pour analyser les éruptions du trou noir supermassif au centre de notre Galaxie, Sgr A*. Si l'on trouve des bandes larges au lieu de pics étroits dans les données, ce sera la première preuve observationnelle du chaos dans l'espace-temps courbe.

À terme, la méthode s'étendra à des modèles d'accrétion plus réalistes, à des points chauds avec spin et à des théories de la gravité modifiées. Avec l'avènement de télescopes à rayons X et infrarouges plus sensibles, les astronomes pourront rechercher des signatures chaotiques dans les données réelles. Ainsi, les scintillements d'un seul point chaud pourraient devenir la clé pour tester la nature même de la gravité.