L'horizon d'un trou noir est la frontière d'où même la lumière ne peut s'échapper. Mais en 1974, Stephen Hawking a montré qu'en raison des lois du champ quantique, cette frontière « luit » légèrement. L'espace vide près de l'horizon se comporte comme de l'eau bouillante : des paires de particules y naissent et disparaissent constamment, et parfois l'une d'elles s'échappe, emportant une infime fraction de la masse du trou noir. Ainsi, le trou noir s'évapore lentement.

Pendant longtemps, les physiciens n'ont pu calculer que les cas les plus simples — par exemple, l'émission de particules sans masse, comme la lumière. Mais les véritables particules qui composent la matière ont une masse et sont plus complexes. Ces particules massives sont décrites dans le modèle standard — notre meilleur ouvrage de référence sur les particules élémentaires. Grâce à des simulations numériques, les scientifiques ont pour la première fois calculé l'émission de particules massives par un trou noir en rotation. Et c'est là que la rotation entre en jeu. Si le trou noir tourne, sa gravité entraîne la courbure de l'espace-temps autour de lui, et le trou noir se comporte alors comme un chef d'orchestre qui donne le rythme à trois ondes différentes. Ces ondes sont comme trois voix dans un trio de jazz.

La première voix est une contrebasse sourde. Elle est puissante lorsque le trou noir est paresseux et tourne lentement. La deuxième est un violon perçant. Quand le trou noir tourne presque à sa vitesse maximale, cette onde commence à lui soutirer de l'énergie de rotation et s'amplifie. On appelle cet effet la superradiance. La troisième voix est un alto discret, presque inaudible et sans importance pour le tableau d'ensemble.

Le résultat le plus inattendu concerne la masse des particules. Normalement, plus une particule est lourde, plus il lui est difficile de naître près de l'horizon — un peu comme il est difficile de projeter une lourde pierre hors de l'eau bouillante. Mais une rotation rapide change les règles. Elle peut éjecter des particules cent fois plus lourdes que ce que l'on pourrait attendre de la température du trou noir. C'est comme une tempête qui soulève des pierres plutôt que de la poussière. La première voix, au contraire, s'éteint presque à mesure que la masse augmente. Les trois voix se comportent de manière totalement différente.

Ces connaissances sont cruciales pour la recherche de trous noirs primordiaux — des objets minuscules qui subsisteraient peut-être depuis la naissance de l'Univers. Leur masse est d'environ 10¹⁵ grammes (comme un petit astéroïde), et ils devraient être en train de s'évaporer en ce moment même, en éjectant des particules de haute énergie. De telles bouffées pourraient être captées par des télescopes gamma comme Fermi-LAT. Sans une compréhension précise de ces trois voix, nous risquons de manquer le signal ou de le confondre avec du bruit.

Ainsi, le bord du trou noir, où bout le vide quantique, devient la scène d'un concert à trois voix. Chaque particule qui s'échappe est une note chantée en trois voix, et la destinée du trou noir dépend de la façon dont chacune résonne. Ce processus d'évaporation est étroitement lié à la notion d'entropie du trou noir, que Jacob Bekenstein a été le premier à concevoir. Déchiffrer cette musique, c'est apprendre à entendre les derniers soupirs des trous noirs en train de disparaître.