Une toupie massive tourne si vite que l'espace lui-même s'enroule en spirale autour d'elle. C'est un trou noir — mais au lieu de bois et de métal, il est fait de pure gravité. Ajoutons-lui un champ électromagnétique inhabituel qui modifie légèrement les règles du jeu. On obtient un trou noir « déformé » : sa forme et son comportement diffèrent un peu de ceux des trous noirs familiers, décrits il y a un demi-siècle.
Un groupe de physiciens a calculé à quoi ressemblerait un tel trou noir dans un télescope et comment il « sonnerait » après des collisions. Ils ont pris le paramètre de déformation g et ont découvert que s'il dépasse environ 1,26 masse du trou noir, l'ombre dans le ciel — ce fameux anneau — deviendrait nettement plus grande que ce qui est observé pour le trou noir au centre de la Voie lactée. Celui-ci a été photographié avec une précision record en 2022. Fait intéressant, la contrainte ne dépend pas de la vitesse de rotation — seulement de la masse.
Ensuite, les auteurs sont passés au « son » — les modes quasi normaux (les fréquences auxquelles le trou noir vibre après une perturbation, comme une cloche après un coup). En régime haute fréquence, ils ont réussi à dériver des formules simples pour le décalage de ces fréquences. Il s'est avéré que là aussi, le g admissible est à peu près le même. Ce n'est pas une coïncidence, mais une vérification croisée de deux méthodes complètement différentes.
Le résultat le plus inattendu concerne l'énergie. Un trou noir en rotation peut céder une partie de son énergie de rotation via les champs magnétiques — ce processus est appelé reconnexion dans l'ergosphère. Les auteurs ont calculé combien d'énergie peut être extraite d'un trou noir déformé et l'ont comparé à un trou noir de Kerr ordinaire. Si la différence est trop grande, la réalité d'un tel objet est peu probable. On obtient une limite encore plus stricte sur g, qui dépend de la vitesse de rotation : plus le trou noir tourne vite, plus la contrainte est sévère.
En fin de compte, deux approches indépendantes — l'ombre et les vibrations — donnent une limite supérieure cohérente de la déformation, et la méthode énergétique resserre encore davantage la région admissible. Même des modèles simples, à une seule couche, peuvent fournir des contraintes utiles, vérifiables dès aujourd'hui avec les données existantes et les futures observations de l'horizon des événements. Ainsi, la toupie-trou noir, en s'écartant légèrement de l'idéal, révèle elle-même ses secrets — à travers son ombre, son son et son énergie de rotation.
L'ombre d'un trou noir est en réalité plus grande que l'horizon lui-même — environ 2,6 fois. C'est parce que la lumière contourne le trou noir, et nous voyons des photons qui ont miraculeusement évité la chute.
Dans le film « Interstellar », le trou noir supermassif Gargantua est représenté en tenant compte de la physique réelle de la rotation — et son ombre ressemble exactement à ce que prédisent les calculs.