1. Orbite des astres
On peut détecter les trous noirs par l’orbite d’astres lumineux qui gravitent autour d’eux. Par géométrie barycentrique, on peut obtenir la position de l’objet autour duquel tourne l’étoile ; par calcul on peut déterminer la masse de ce dernier. Si elle se révèle très importante et suffisante à l’effondrement gravitationnel du corps, l’absence de rayonnement confirme la présence d’un trou noir. Si le système étudié est composé non pas d’une mais de deux étoiles (système binaire), l’effet « fronde » entre en jeu : une des étoiles va transférer son énergie à la seconde ; elle va alors décélérer pendant que l’autre sera considérablement accélérée voire éjectée. Lorsque l’accélération est très importante, on peut conclure à la présence d’un trou noir, seul corps de masse suffisante à engendrer une telle amplification de vitesse. L’animation suivante expose la trajectoire anormale d’un corps déviée par une masse sombre. La présence d’un trou noir en ce point marqué par une croix est très probable.
2. Les lentilles gravitationnelles
Nous avons vu précédemment qu’une déformation conséquente de l’espace temps par un corps ultra massif et très énergétique entraînait une déviation importante des rayonnements électromagnétiques. On peut admettre que cette déviation engendre un phénomène « d’illusion optique » : la lumière contourne un corps du fait du champs gravitationnel qu’il induit : ce principe est appelé lentille gravitationnelle.
Ainsi, un corps lumineux en alignement avec notre Soleil pourrait très bien être observé depuis la Terre, ses rayonnements contournant littéralement notre étoile. Cependant, cette affirmation est très théorique, le Soleil ayant une masse très faible.
b. Lentilles particulières
Le phénomène de mirage gravitationnel décrit précédemment est la première manière de s’apercevoir de la présence d’un corps ultra massif. En effet, il arrive qu’un objet lumineux nous apparaisse multiple dans une symétrie très particulière. L’unicité de l’objet est prouvée par l’unicité spectrale du rayonnement électromagnétique des différentes images. Il existe deux grands types de lentilles gravitationnelles : les anneaux et les croix d’Einstein. Les Croix d’Einstein ont pour lentille une étoile massive ; les Anneaux d’Einstein ont pour lentille une galaxie entière. On notera que la forme apparente de l’étoile obstruée est fonction de la masse de la lentille et de sa position.
3. Ondes gravitationnelles
Le document vidéo suivant présente la fusion de deux trous noirs en un seul. On y voit une représentation des ondes gravitationnelles.
4. Interféromètre de Michelson
L’interféromètre de Michelson développé en otique au 19ème siècle est transposé dans un complexe triangulaire de grande dimensions, plusieurs centaine de mètre entre les récepteurs et de très haute précision qui mesure par interférométrie, l’influence des perturbations gravitationnelles sur une source laser : au passage d’une onde gravitationnelle, la longueur émetteur-récepteur varie. C’est cette variation que tentent de mesurer les scientifiques par le bais d’une analyse rigoureuse des spectres de fréquences. L’application de ce procédé est délicate et encore mal maîtrisée : seules les collisions de corps ultra massifs tels les trous noirs sont perceptibles.
