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Le cœur du trou noir bat de façon irrégulière. Un battement est plus lumineux, le suivant plus terne, et ce rythme encode la température des électrons qui tourbillonnent tout près de l'horizon.

Il y a vingt mille ans, l'étoile qui allait devenir la supernova 1987A s'est parée d'un anneau. Pas un, mais trois. Les deux externes, tels des abat-jour, se sont inclinés par rapport à l'équatorial, et la lumière de l'étoile, en traversant ces anneaux, n'atteignait presque plus un observateur qui se serait trouvé dans le plan de l'anneau équatorial.

Dans l'amas dense de galaxies Abell 2744, où la gravité courbe la lumière comme une lentille, le télescope James Webb a repéré un nouveau point. Il est apparu sur les images de 2023, puis a commencé à changer de luminosité.

Un réseau de radiotélescopes dispersés sur toute la planète capte le murmure d'un trou noir lointain. Chaque antenne enregistre un signal, mais comment combiner ces enregistrements si les horloges des stations ne battent pas à la même vitesse et si l'atmosphère déforme les ondes qui arrivent ?

Le ciel nocturne semble noir, mais en réalité, les télescopes révèlent des millions de galaxies – certaines si faibles qu'elles se fondent dans le fond du ciel.

La lumière d'une galaxie lointaine nous parvient à travers sa propre poussière. Cette poussière n'est pas un brouillard uniforme, mais des nuages déchiquetés, semblables à des lambeaux de coton.

L'amas de galaxies RXC J0528.9−3927 ressemble à une ville enveloppée de brume : au centre, un halo radio brille intensément, et plus loin, au-delà des limites habituelles, les astronomes ont discerné une lueur à peine perceptible. Elle s'étend sur deux millions d'années-lumière — trois fois plus loin que le halo lui-même.

La galaxie d'Andromède est notre plus proche grande voisine, et comme la Voie lactée, elle possède un manteau de gaz invisible. Ce manteau, fait de gaz très chaud et ténu, s'étend sur des centaines de milliers d'années-lumière. Le voir directement est presque impossible – le gaz est trop faible.

Une piste de danse où tournoient des couples. Au centre, un maître de cérémonie invisible qui donne le rythme. C'est le trou noir supermassif au cœur de la Voie lactée, et les couples sont les étoiles dont les astronomes suivent les orbites depuis des années. Mais que se passerait-il si le maître de cérémonie était enveloppé dans un manteau de fourrure fait de matière diffuse ?

Le radiotélescope FAST, avec son antenne de cinq cents mètres, a capté un signal sur une longueur d'onde de 21 centimètres – c'est ainsi que l'hydrogène froid émet. Le signal provenait d'un nuage baptisé Cloud-9. Il flotte dans l'espace à côté de la galaxie M94, mais ne renferme pas une seule étoile.

L'ombre d'un trou noir n'est pas simplement un cercle noir. D'habitude, on voit un puits sombre entouré d'un anneau lumineux de gaz chaud. Mais si le trou noir n'est pas né de l'effondrement d'une étoile, mais a toujours existé, une surprise pourrait se cacher dans son ombre.

Dans une galaxie lointaine, à environ 290 millions d'années-lumière de nous, se cache l'objet HLX-1. Autrefois, il brillait plus fort que des centaines de milliards de soleils ; aujourd'hui, il s'est tu. De 2018 à 2022, les télescopes spatiaux Hubble, Chandra et Swift ont observé son déclin.

1 799 kilomètres par seconde — c'est la vitesse à laquelle l'étoile S5-HVS1 quitte définitivement la galaxie. Il y a 4,8 millions d'années, elle a été éjectée du centre de la Voie lactée lors d'un passage très proche du trou noir supermassif Sgr A*.

Il y a dix milliards d’années, l’Univers était parsemé d’étranges étincelles écarlates. Le télescope James Webb les a repérées sur les images de lointains décalages vers le rouge — des sources compactes brillant comme des galaxies entières, mais à peine plus grandes qu’une région minuscule en leur centre.

Il faut presque deux mois au couple stellaire J05+50 pour boucler une orbite autour de leur centre commun. Depuis la Terre, il apparaît comme un point faible dans la constellation d’Hercule, à 4625 parsecs de nous. La photométrie de l’étoile binaire ne montre qu’un lent balancement de luminosité, tel le pouls d’un cœur géant.

En avril 2021, les antennes du EHT (Event Horizon Telescope) — un réseau mondial de radiotélescopes millimétriques — ont pointé vers un point minuscule dans la constellation de la Vierge.

Le cosmos est plein de cris que nous n'entendons pas. Chaque fois qu'un trou noir déchire une étoile, une éruption éblouissante naît, et souvent – un jet relativiste étroit qui fuse sur des milliers d'années-lumière.

En 2024, le projet « Héphaïstos » a passé au crible des millions d'étoiles et a identifié plusieurs dizaines de suspects : elles brillaient dans l'infrarouge moyen plus fortement que ne le devrait une naine rouge ordinaire.

Une enquête cosmique longue d'une décennie et demie a livré un indice inattendu. Le télescope Fermi, qui scrute le ciel en rayons gamma, a détecté une lueur régulière et faible qui enveloppe toute la Voie lactée. Elle ne ressemble ni à la lumière des étoiles ni à celle d'un gaz chaud — plutôt à une brume ténue mais omniprésente.

Dans le bulbe galactique, où la lumière de milliards d'étoiles se fond en une lueur continue, quatre géants froids sont passés inaperçus. On ne peut pas les voir au télescope — trop loin, trop faibles.

Au centre de la Voie lactée, là où règne sans partage le trou noir supermassif Sagittaire A* (dont la métrique fut obtenue pour la première fois par Karl Schwarzschild), l'étoile S4714 effectue un voyage vertigineux.

En 1933, Fritz Zwicky évoquait pour la première fois une masse invisible maintenant les amas de galaxies. Des décennies plus tard, Vera Rubin dressait la carte de la rotation galactique, révélant la présence fantomatique de la matière noire.

En 2017, le télescope à neutrinos antarctique IceCube a enregistré une particule d'environ 290 TeV provenant des profondeurs du cosmos.

À des centaines d'années-lumière de nous, il existe une planète qui ressemble à un miroir géant. LTT9779b réfléchit la majeure partie de la lumière qu'elle reçoit — bien plus que ce que l'on pourrait attendre d'un corps de la taille de Neptune. Les astronomes se sont longtemps demandé ce qui la rendait si brillante : une brume métallique dense ou une couche de nuages.

On imagine souvent l'Univers primordial comme une crèche : la plupart des galaxies y sont des taches amorphes, turbulentes et irrégulières, gorgées de gaz et d'éruptions de formation stellaire.

Il y a près de quinze ans, le télescope à rayons gamma Fermi détectait de mystérieuses « bulles » – d'immenses nuages de plasma, comme gonflés par des poumons invisibles, s'élevant à des dizaines de milliers d'années-lumière du centre de la Galaxie.

Pendant vingt-trois ans, Hubble et James Webb ont scruté le cœur d'Omega Centauri, un amas globulaire où des millions d'étoiles se pressent dans un espace d'environ cent cinquante années-lumière de diamètre.

Un nuage géant de matière invisible agit comme un miroir déformant — il dévie la lumière d'une galaxie lointaine. Grâce à ces distorsions, les astronomes peuvent peser le nuage et sonder ses entrailles.

Les trous noirs supermassifs au centre des galaxies sont comme d'immenses banians : leurs racines aériennes, des filaments, s'étendent sur des kiloparsecs pour puiser la matière nutritive.

Des galaxies sans matière noire, c'est comme des perles dont on aurait retiré le fil invisible. Autour de la galaxie elliptique NGC 1052 s'étire une chaîne de huit naines fantomatiquement pâles : elles ne contiennent presque pas de cette masse mystérieuse qui fait tourner les bras spiraux.

Une immense salle où résonnent simultanément des centaines d'orchestres. Au milieu de ce vacarme, il faut distinguer un duo bien précis : deux trous noirs supermassifs qui tournent l'un autour de l'autre dans une galaxie lointaine.

Les paires de trous noirs dansent de trois façons différentes avant de fusionner. La première est une valse élégante : les objets tournent dans le même sens, comme des partenaires qui se regardent. Ces paires naissent d'étoiles binaires et ont souvent des masses inégales.

L'ombre d'un trou noir n'est pas qu'un simple contour. C'est le bord de l'abîme, où l'espace et le temps sont si tordus que même la lumière est forcée de tournoyer, comme un bouchon dans un tourbillon. Ce « tourbillon cosmique » naît de la masse monstrueuse qui courbe la courbure de l'espace-temps.

Un minuscule trou noir — pas plus gros qu'un noyau atomique — flotte dans un nuage d'hydrogène. Il n'avale pas tout ce qui l'entoure, mais s'écoule lentement en rayonnement, maigrissant à chaque instant. Ainsi, une casserole sur la cuisinière ne bout pas immédiatement : d'abord, des bulles courent au fond, puis l'eau frémit de plus en plus fort.

Un projecteur éclaire une salle obscure. Entre la lampe et le mur, une lentille invisible passe — et la tache de lumière devient un instant plus brillante, se déplace légèrement.

Les trous noirs peuvent être légers — issus d'étoiles mourantes — ou supermassifs — au cœur des galaxies. Il manquait le chaînon intermédiaire.

Le télescope à rayons X XRISM a observé le noyau de la galaxie Cygnus A pendant 170 000 secondes — l'une des sources radio les plus puissantes du ciel. En son centre se cache un trou noir supermassif qui aspire la matière et la chauffe jusqu'à ce qu'elle émette des rayons X.

Le cosmos est plein de mimétisme. Le papillon de verre porte le masque de la guêpe, la mouche inoffensive bourdonne comme une abeille. Et dans le monde de la gravité, le rôle de l'imposteur pourrait être joué par les condensats de Bose-Einstein — d'immenses amas de champ scalaire, indiscernables des trous noirs.

Des astrophysiciens ont mené un recensement des objets invisibles qui ne se trahissent que par un frémissement de l'espace. Ils ont étudié le tout nouveau catalogue GWTC-4 — une liste de dizaines de fusions de trous noirs enregistrées par les détecteurs d'ondes gravitationnelles LIGO, Virgo et KAGRA.

Autour de notre Galaxie, telle une couronne invisible, s'étend un nuage de gaz ténu, chauffé à des millions de degrés. On l'appelle le halo galactique. Voir cette lueur directement est difficile : elle émet des rayons X mous, absorbés par l'atmosphère terrestre.