Un trou noir chassé du centre de sa galaxie après une fusion pourrait provoquer plusieurs phénomènes détectables autour de lui.
Le scénario commence avec deux trous noirs massifs réunis au cœur d'une galaxie. Lorsqu'ils fusionnent, ils émettent des ondes gravitationnelles, des déformations de l'espace qui transportent de l'énergie. Si cette émission part davantage dans une direction, le trou noir formé reçoit une poussée dans la direction opposée. Il peut alors quitter le centre galactique.
Erwan Hochart et Simon Portegies Zwart ont simulé ce départ brutal dans un amas très dense d'étoiles entourant le trou noir. Leurs modèles utilisent des trous noirs de 100 000 et 400 000 masses solaires. Leurs simulations imposent des vitesses de recul de 300 ou 600 km/s, puis suivent les mouvements des objets voisins pendant 100 000 ans.
Le déplacement change immédiatement les trajectoires des étoiles autour du trou noir. Certaines passent aussi suffisamment près pour être déchirées par sa gravité. Un tel phénomène, appelé événement de rupture par effet de marée, libère de la matière susceptible de produire un signal lumineux. La simulation prévoit une hausse rapide du nombre de ces rencontres après le recul.
D'autres objets très denses présents dans l'amas peuvent aussi être entraînés vers le trou noir errant. Ainsi, le même mouvement initial pourrait engendrer plusieurs catégories de signaux, à des positions décalées du centre de la galaxie où la fusion s'est produite.
Dans les simulations, davantage d'événements surviennent lorsque le trou noir est plus massif, lorsque sa vitesse de recul est plus faible et lorsque les étoiles sont très concentrées près du centre. La répartition initiale des étoiles devient donc déterminante pour prévoir ce qu'un observatoire pourrait détecter.
Les auteurs évaluent aussi combien de tels événements pourraient être observables dans l'Univers. Selon leurs hypothèses sur la concentration des étoiles, l'estimation maximale varie fortement. Elle atteint environ 290 événements par an dans un scénario dense, contre environ 30 avec une répartition moins concentrée.
Cette dépendance pourrait justement transformer les futurs signaux en outils d'observation du voisinage immédiat des trous noirs. Leur nombre et leur répartition donneraient des indications sur la densité d'étoiles après une fusion et sur la vitesse du recul.