Autour d'un feu invisible tourbillonne un gaz incandescent. Le feu lui-même est caché, mais ses contours se devinent à la façon dont les flammes dansent. C'est à peu près ainsi que les astronomes « voient » les trous noirs — non pas l'objet lui-même, mais la matière surchauffée qui, avant de tomber dans l'abîme, est accélérée à des vitesses énormes et brille. Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont construit un modèle informatique d'un tel « feu » pour un trou noir qui ne suit pas les lois d'Einstein, mais des règles légèrement modifiées — ce qu'on appelle la gravité avec violation de la symétrie de Lorentz (une forme particulière d'homogénéité de l'espace et du temps).
Le portrait dépend fortement de deux nombres : la charge du trou noir et un paramètre indiquant à quel point la symétrie habituelle de l'espace est violée. Lorsque ce paramètre augmente, l'ombre du trou noir se contracte — comme si l'espace lui-même la comprimait davantage. La charge, elle, renforce le contraste de luminosité : un côté de l'anneau devient nettement plus brillant que l'autre. Cela est dû au fait que le trou noir en rotation entraîne l'espace lui-même dans son mouvement, comme une cuillère dans du miel. Plus la charge est grande, plus l'effet est fort.
Les scientifiques ont comparé deux configurations de gaz incandescent : l'une ressemble à un beignet épais, l'autre à un disque mince. Dans le second cas, l'anneau est géométriquement plus net, et il est plus facile de séparer l'image principale des anneaux « écho » secondaires. Ces anneaux apparaissent lorsque la lumière contourne le trou noir plusieurs fois. La polarisation de la lumière — la direction dans laquelle oscille l'onde électromagnétique — change également avec les paramètres du trou noir. Elle reproduit le motif de luminosité et reflète la géométrie de l'espace courbé.
Ces calculs ne sont pas qu'un simple jeu de l'esprit. Lorsque des télescopes comme l'Event Horizon Telescope obtiennent des images des ombres de trous noirs, chaque pixel peut être comparé à une bibliothèque de modèles pour comprendre à quel type d'objet nous avons affaire. Jusqu'à présent, toutes les observations concordent avec un trou noir einsteinien ordinaire, mais qui sait ce que révéleront les prochaines images, encore plus nettes. Et alors, le feu invisible pourrait bien dévoiler de nouveaux détails sur sa nature.
L'ombre d'un trou noir est en réalité plus grande que le trou noir lui-même : la lumière le contourne en suivant une courbe, et nous voyons une tache sombre agrandie — environ deux fois et demie plus large que l'horizon des événements.
Dans le film « Interstellar », le trou noir Gargantua est représenté avec un disque d'accrétion lumineux et une ombre caractéristique — la visualisation a été créée à partir des équations réelles de la relativité générale.