En mai 2020, les détecteurs ont capté un étrange signal venu de l’espace — ondes gravitationnelles issues de la fusion d’une étoile à neutrons et d’un trou noir. D’habitude, dans de tels couples, les objets tournoient presque en cercle. Mais cette fois, l’orbite était allongée, comme une ellipse. Les astronomes appellent cela l’« excentricité » — une mesure de l’écart par rapport au cercle. Et il s’avère que cet allongement agit comme une loupe : à travers elle, les détails du système apparaissent bien plus nets.

Premier exemple : la rotation. Les trous noirs et les étoiles à neutrons possèdent un spin — la vitesse et le sens de leur rotation. Avec une orbite circulaire, il est difficile de savoir si le trou noir tourne à contre-sens du mouvement du couple. Mais si l’orbite est allongée, cela saute aux yeux. Or, une telle rotation rétrograde indique que le duo n’est pas né dans un paisible système binaire, mais dans le tumulte d’un amas stellaire, où les objets se percutent et se capturent. Ainsi, une fusion d’étoiles à neutrons excentrique révèle un passé mouvementé.

L’excentricité permet aussi de peser une étoile à neutrons. On soupçonne qu’elles se répartissent en deux catégories : légères et lourdes — environ 1,3 et 1,8 masse solaire. Les fusions classiques ne peuvent pas le confirmer, même avec 30 événements. Mais avec des orbites allongées, la certitude augmente d’un facteur 7,5 — comme si le brouillard se dissipait. Or, la masse d’une étoile à neutrons renseigne sur la compression de la matière en son cœur — l’une des plus grandes énigmes de la physique.

Enfin, l’excentricité aide à comprendre de quelles étoiles sont issus les trous noirs. Les astronomes utilisent des simulations numériques pour retracer l’évolution stellaire et la composition chimique — la proportion d’éléments plus lourds que l’hélium, autrement dit la Métallicité. Selon la quantité de métaux, différents trous noirs naissent. Les fusions excentriques permettent de distinguer ces scénarios avec une confiance énorme — les données privilégient un modèle par rapport à l’autre par un facteur de plusieurs milliards.

Ainsi, une orbite allongée transforme de floues taches en portraits nets. Les futurs détecteurs, comme le Einstein Telescope, capteront davantage de tels événements. Alors, les ondes gravitationnelles raconteront comment la matière se comporte dans les conditions les plus extrêmes de l’Univers.