En mai 2020, les détecteurs LIGO et Virgo ont enregistré le sursaut gravitationnel GW200105. Parmi la multitude d'ondes gravitationnelles similaires, celui-ci se distinguait par une étrangeté : l'orbite de l'étoile à neutrons et du trou noir en collision n'était pas un cercle parfait, mais une ellipse allongée. Une excentricité mesurable est une grande rareté pour de tels systèmes. La plupart d'entre eux, nés de étoiles binaires isolées, ont le temps d'irradier toute l'énergie « supplémentaire » sous forme d'ondes gravitationnelles et de passer sur une orbite circulaire bien avant la fusion. Cette propriété s'est avérée n'être pas simplement une exotique, mais une véritable loupe, à travers laquelle les détails du système sont bien plus nets. Les chercheurs ont montré : l'excentricité multiplie l'informativité de chaque événement, transformant un petit échantillon en une puissante sonde de population.

Prenons le spin effectif χeff — la projection moyenne des spins sur le moment orbital. Dans les fusions d'étoiles à neutrons avec des trous noirs circulaires, seulement 22% des événements indiquent clairement une valeur négative de cette grandeur. Mais dès qu'on ajoute l'excentricité, la proportion monte à 43%. Cela signifie : toutes les deux fusions excentriques et demie signalent clairement que le trou noir tourne dans le sens inverse de l'orbite — un signe certain d'une origine dynamique de la paire. L'analogie avec la loupe est ici directe : un détail à peine discernable devient contrasté et sans ambiguïté.

Les mesures améliorées des masses des étoiles à neutrons révèlent leur structure cachée. Il existe une hypothèse selon laquelle ces objets se regroupent en deux familles avec des pics autour de 1,3 et 1,8 masses solaires. Les événements circulaires ordinaires ne peuvent pas confirmer cette image bimodale même avec 30 détections. Mais l'excentricité augmente le facteur de Bayes — une mesure de préférence du modèle — de 7,5 fois. Les limites de masse deviennent deux à deux fois et demie plus précises. C'est un pas direct vers la compréhension de l'équation d'état de la matière nucléaire — cette « recette » selon laquelle la matière se comprime au cœur d'une étoile à neutrons. Une autre mise au point avec la loupe — la distinction des modèles de Métallicité des progéniteurs des trous noirs. Pour une métallicité intermédiaire des progéniteurs, le facteur de Bayes bondit de 14 ordres de grandeur en faveur du scénario correct lorsque l'excentricité est prise en compte. La loi de distribution de l'excentricité elle-même est reconstruite après seulement une dizaine d'événements. Cela transforme chaque signal en un mini-laboratoire testant la théorie de l'évolution stellaire et de la dynamique des amas.

Quand O5 fonctionnera à plein régime, et après lui les télescopes de nouvelle génération comme Einstein Telescope entreront en service, la loupe de l'excentricité permettra non seulement de recenser la population, mais aussi de plonger dans les recoins les plus sombres de l'astrophysique des objets compacts. D'une tache floue circulaire à une image nette — ainsi l'histoire d'une anomalie, GW200105, a ouvert la porte à une astronomie gravitationnelle de population mature.