Si un trou noir tourne rapidement, il peut retenir autour de lui un nuage de particules ultra-légères – si légères que leur masse s'évanouit presque. Ensemble, elles s'organisent en couches, comme les électrons dans un atome, mais ici c'est la gravitation qui joue le rôle des forces électriques. Une telle structure emmagasine de l'énergie, telle un ressort bandé.
Une onde gravitationnelle qui traverse ce système – une ondulation provenant d'une collision cosmique lointaine – secoue le nuage. Les particules chutent d'un coup sur des « orbites » basses, émettant une impulsion gravitationnelle cohérente – bien plus puissante que celle qui les a réveillées. Elle arrive avec un retard notable et se signale par une forme particulière. Rebondissement inattendu : chaque telle éjection freine la rotation du trou noir – il ralentit légèrement.
Les nuages de telles particules sont un candidat idéal pour la matière noire, cette substance invisible qui remplit l'Univers. En captant cet « écho » caractéristique, les futurs détecteurs d'ondes gravitationnelles (par exemple l'observatoire spatial LISA) prouveront pour la première fois que la matière noire est réelle. Cette idée, inspirée des travaux de Stephen Hawking et Kip Thorne, transforme les trous noirs en laboratoires géants.
Pour un trou noir d'une masse solaire, un tel nuage pourrait s'étendre sur des centaines de kilomètres – un véritable cocon invisible de la taille d'une planète.