Quand deux corps massifs entrent en collision, ils ne restent pas toujours sur place. Lors d'une fusion, les trous noirs reçoivent un coup de pied puissant — comme le recul d'un coup de feu, mais au lieu de la poudre, c'est la courbure de l'espace qui travaille. Cette impulsion peut éjecter le nouveau trou noir du centre de sa galaxie, voire au-delà.
Les auteurs de l'étude ont analysé les données des observatoires d'ondes gravitationnelles LIGO et Virgo sur plusieurs années. Ils ont calculé les vitesses de recul pour des événements individuels et pour l'ensemble de la population. Pour deux événements, les estimations sont assez précises : le trou noir trou noir GW231028-153006 a été éjecté à environ 839 km/s, et GW231123-135430 à environ 974 km/s. C'est des centaines de fois plus rapide qu'une balle.
Mais pour la plupart des événements, les vitesses restent incertaines : les données ne permettent pas de dire avec précision la force de l'impulsion. Les chercheurs sont donc allés plus loin et ont estimé la distribution des vitesses pour tous les trous noirs en fusion. Résultat : la vitesse de recul médiane est d'environ 300 à 330 km/s. Cela signifie que la moitié des nouveaux trous noirs sont éjectés plus lentement que cette valeur, et l'autre moitié plus rapidement.
Ensuite, les auteurs ont calculé si de tels trous noirs seraient retenus par différents types d'amas stellaires et de galaxies. Dans les amas globulaires — des essaims denses d'étoiles anciennes — la gravité est faible, donc seulement 2 à 3 % des trous noirs fusionnés sont retenus. Dans les amas nucléaires, situés au centre des galaxies, la rétention est plus élevée : 28 à 32 %. Les galaxies naines retiennent 25 à 29 %, et les galaxies elliptiques géantes presque toutes : 92 à 94 %.
Mais être retenu ne signifie pas revenir au centre. Le trou noir peut errer longtemps à la périphérie de l'amas, comme un ballon sorti du terrain mais pas encore passé par-dessus la clôture. Les auteurs ont calculé le temps nécessaire pour que le frottement avec les étoiles ramène le trou noir au cœur. Résultat : dans les amas globulaires et les amas nucléaires, ce délai peut être très long — plus long que l'âge de l'Univers. Ainsi, même un trou noir retenu n'aura pas le temps de trouver un partenaire pour une nouvelle fusion.
Cela change notre vision de la croissance des trous noirs. On pensait auparavant que si un trou noir restait dans son amas, il finirait tôt ou tard par fusionner à nouveau. Désormais, il est clair : il ne suffit pas de le retenir, il faut encore qu'il ait le temps de revenir dans le feu de l'action. Dans les amas globulaires, c'est presque impossible, donc les fusions hiérarchiques — où un trou noir fusionne, puis son descendant fusionne à nouveau — y sont rares. En revanche, dans les galaxies elliptiques massives, où la gravité retient fermement tout en place, les trous noirs peuvent grossir comme une boule de neige.
La vitesse de recul d'un trou noir peut atteindre des milliers de kilomètres par seconde — plus rapide que le mouvement de la Terre autour du Soleil (environ 30 km/s).
Dans le film « Interstellar », le trou noir Gargantua est représenté immobile, mais les vrais trous noirs après une fusion peuvent filer à travers la galaxie, laissant derrière eux une traînée d'étoiles.