De loin, la lumière contourne un trou noir comme un cycliste négocie un virage serré. Un peu plus près, elle commence à tourner en rond sur une sphère de photons invisible. Chaque trou noir possède une telle sphère, mais elle est généralement instable : la moindre perturbation et la lumière s'échappe ou tombe à l'intérieur.
Les auteurs de l'étude ont examiné des trous noirs avec des « cheveux » — c'est ainsi qu'on appelle un champ scalaire supplémentaire décrit par le paramètre de courbure de l'espace-temps Q. De tels objets apparaissent dans les théories qui étendent la relativité générale. Les scientifiques ont dérivé des formules exactes pour le rayon de la sphère de photons et sa stabilité. Il s'avère que presque toujours elle reste instable. Mais il y a une exception : lorsque Q est exactement égal à moins deux fois la masse du trou noir, un anneau stable pour la lumière apparaît sur l'horizon des événements lui-même.
Cet anneau agit comme un puits sans fond pour les particules : la lumière et les particules ultra-rapides peuvent tourner indéfiniment juste sur l'horizon, en se décalant vers le rouge jusqu'à une énergie nulle. C'est comme une ondulation figée à la surface de l'eau — le mouvement existe, mais la vague ne va nulle part.
Ensuite, les physiciens ont vérifié ce qui se passe lors de collisions frontales de particules tombant sur un tel trou noir. Il s'avère que l'énergie au point de collision croît sans limite à mesure que l'on s'approche de l'horizon — c'est l'effet Banados–Silk–West. La formule est simple : l'énergie de collision est inversement proportionnelle à la racine carrée de la distance à l'horizon. Dans l'état extrême, lorsque l'horizon et la sphère de photons coïncident, cette distance peut être rendue arbitrairement petite.
Ainsi, un trou noir « chevelu » dans son régime extrême devient un piège parfait — à la fois pour la lumière et pour la matière. La lumière qui se met à tourner près de l'horizon ne peut plus s'échapper, mais elle ne tombe pas non plus, marquant la frontière où l'espace et le temps échangent leurs rôles.
Le paramètre des « cheveux » Q peut être négatif, et c'est précisément lorsque Q = –2M que le trou noir se comporte de manière totalement différente d'un trou noir ordinaire.
Dans le roman « Sphère » de Michael Crichton, une sphère géante au fond de l'océan déforme l'espace et le temps — n'est-ce pas un horizon stable pour la lumière ?