Une multitude d'atomes peuvent agir comme un orchestre bien réglé : si chacun émet de la lumière à l'unisson avec les autres, l'éclat est démultiplié. C'est la superradiance, un phénomène bien connu en laboratoire, mais qu'on a rarement cherché dans l'espace. Aujourd'hui, des astrophysiciens soupçonnent que de telles « notes » collectives résonnent aussi dans le milieu interstellaire.
Les principaux candidats sont l'hydrogène, l'élément le plus répandu, et le positronium — une paire éphémère formée d'un électron et de son antiparticule, le positron. Aux abords du centre de notre galaxie, où les conditions sont extrêmes, ces atomes emmagasinent de l'énergie et peuvent la « libérer » d'un coup sous forme d'impulsion lumineuse.
Si chacun des huit milliards d'humains allumait une allumette en même temps, la lumière serait visible depuis la Lune. La superradiance étend cet effet à des nuages de gaz de la taille de centaines de systèmes solaires : l'éclat éclipse un instant des étoiles entières. De tels signaux, captés par les télescopes, deviendraient un nouvel outil de spectroscopie — et permettraient d'observer les environs d'un trou noir sans quitter la Terre.
Le positronium ne vit que 125 picosecondes — environ un huit-milliardième de seconde. Mais en régime superradiant, il a le temps d'émettre autant d'énergie qu'un atome ordinaire en des heures.
Un laser naturel sans miroirs : la superradiance évoque le tir d'un canon à rayons de science-fiction, mais c'est la nature elle-même qui le déclenche.