Deux trous noirs qui se rapprochent avant l'impact évoquent des patineurs en couple : chacun tourne sur son axe, et ensemble ils enroulent une danse commune. Ce tire-bouchon commun — le spin effectif — peut être mesuré par les ondes gravitationnelles qui se propagent depuis la paire comme des ronds dans l'eau. Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont analysé le dernier catalogue de tels événements, rassemblé par les détecteurs ondes gravitationnelles LIGO, Virgo et KAGRA.
Il s'avère que la plupart des paires tournent très faiblement : leur spin effectif se regroupe autour de zéro, comme si les patineurs ne tournaient presque pas. Mais certaines paires présentent un enroulement nettement plus fort, et le plus souvent dans le même sens que le mouvement orbital. On pensait auparavant que la distribution de ces enroulements était simplement inclinée d'un côté, mais un nouveau regard montre qu'il existe un « nuage » central de paires faiblement enroulées, et au-delà, des « éjections » isolées avec une forte rotation.
Ce qui est particulièrement curieux, c'est que parmi les paires les plus massives (de 47 à 65 masses solaires), celles dont l'enroulement est opposé au mouvement orbital sont légèrement plus fréquentes. Certes, cette asymétrie n'est pas très fiable : les chances en sa faveur sont d'environ 13 contre 1, et si l'on retire un événement suspect avec des interférences dans les données, seulement 5 contre 1. Néanmoins, un tel excès d'enroulements « négatifs » pourrait indiquer un chemin de formation particulier : des trous noirs qui sont eux-mêmes nés de la fusion d'autres trous noirs, puis ont fusionné à nouveau. Ces fusions « hiérarchiques » se produiraient plus souvent dans les disques de gaz denses autour des trous noirs supermassifs au centre des galaxies.
En d'autres termes, en mesurant le tire-bouchon invisible des trous noirs en collision, les astronomes peuvent scruter les recoins de l'Univers où ces paires sont nées. Un faible tire-bouchon suggère probablement des périphéries stellaires paisibles ; un tire-bouchon fort et unidirectionnel, des disques de gaz turbulents au cœur des galaxies. Chaque nouvelle fusion ajoute une touche à la carte des « maternités » cosmiques.
Le spin effectif d'une paire de trous noirs peut varier de –1 à +1. Zéro signifie que les axes de rotation sont soit presque non inclinés, soit que leurs contributions s'annulent mutuellement.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, un signal extraterrestre contient les plans d'une machine utilisant des trous noirs en rotation pour voyager à travers l'espace-temps.