Les trous noirs sont de deux sortes : les minuscules, vestiges d'explosions de supernovae, et les géants au cœur des galaxies. Mais où sont passés les intermédiaires, de quelques centaines à quelques milliers de masses solaires ? La réponse se trouve peut-être dans les essaims d'étoiles, où les trous noirs entrent en collision comme des boules de billard et, en fusionnant, gagnent du poids. Dès les années 1930, Subrahmanyan Chandrasekhar a calculé la limite au-delà de laquelle une étoile s'effondre inévitablement en trou noir — c'est pourquoi les trous noirs ordinaires pèsent quelques soleils.
Pour déterminer où les fusions sont les plus actives, les scientifiques ont modélisé des milliers de jumeaux numériques d'amas et ont entraîné un réseau de neurones à deviner la masse du trou noir principal à partir de la taille et du poids de l'essaim. En appliquant le modèle à des objets réels, ils ont constaté que dans les amas globulaires typiques, les géants ne naissent pas — les conditions ne s'y prêtent pas. Mais quelques amas centraux de galaxies, comme NGC 5102, promettent des trous noirs de plus de cent soleils. Ce qui a surpris, c'est autre chose : un trou noir nouveau-né reçoit souvent un tel recul des ondes gravitationnelles qu'il s'échappe de l'essaim — comme une boule de billard qui tombe dans une poche. Cela explique pourquoi les intermédiaires sont si rares : beaucoup sont simplement éjectés dans le vide intergalactique. Désormais, les astronomes savent où pointer leurs télescopes.
Les trous noirs fusionnés reçoivent souvent un coup de pied de leur propre rayonnement et sont propulsés à des centaines de kilomètres par seconde — comme une boule qui dévale le tapis de billard.