Un télescope à rayons X observe une galaxie voisine et aperçoit un point qui n'était pas là la veille. Un mois plus tard, il s'embrase avec une luminosité des centaines de fois supérieure à celle du Soleil, puis, un an après, il s'éteint à nouveau. On appelle ces points des sources de rayons X ultra-lumineuses, et chacune est en réalité un couple serré : une étoile ordinaire et un trou noir ou une étoile à neutrons qui tournent l'un autour de l'autre.
Le trou noir arrache de la matière à l'étoile voisine. Le gaz s'enroule en spirale, chauffe à des millions de degrés et émet des rayons X. Si l'étoile cède son gaz de manière irrégulière, par à-coups, la luminosité varie. Les astronomes ont étudié deux galaxies, NGC 4631 et NGC 1097, sur des images couvrant 25 ans, et ont trouvé trois de ces sources variables. L'une d'elles, dans la galaxie NGC 4631, tantôt s'embrasait, tantôt disparaissait presque : le flux de rayons X variait d'un facteur supérieur à dix. D'après la nature de l'émission, les scientifiques ont conclu qu'il s'agit d'un trou noir dont la masse équivaut à plusieurs Soleils.
Ces couples sont de véritables laboratoires vivants. Ils montrent comment les trous noirs soutirent de la matière aux étoiles et ce qui arrive au gaz au bord de la chute. Chaque nouvelle éruption est comme une image d'un film sur la vie d'un système binaire, étalée sur des millions d'années.
Les sources de rayons X ultra-lumineuses brillent si intensément que si l'une d'elles remplaçait l'étoile la plus proche, on la verrait à l'œil nu depuis la Terre comme un point brillant dans le ciel.