Couche après couche, artefact après artefact — l'archéologue reconstitue l'histoire d'un ancien village. Ainsi, les astrophysiciens, en analysant les 259 enregistrements de LIGO–Virgo–KAGRA, ont vu une structure stratifiée claire parmi les trous noirs en fusion. Chaque couche représente des centaines de millions d'années d'évolution, inscrites dans les ondes gravitationnelles.
La couche la plus basse et la plus puissante est celle des trous légers : environ 70% de toutes les découvertes. Leurs masses se regroupent autour de 10 masses solaires, les deux trous sont presque égaux, et leurs axes de rotation sont alignés avec l'orbite. C'est à quoi ressemble un produit typique de l'évolution stellaire isolée, où la finale est déterminée par des supernovae particulières. Mais à environ 14 masses solaires, il y a une chute brutale. On y trouve 26 fois moins de découvertes que ce que l'on attendrait d'une distribution lisse. Comme une couche culturelle brûlée par un incendie.
Au-dessus viennent deux horizons intermédiaires. Le premier, horizontal, est celui des paires inégales : le trou secondaire se fige à 10 M☉, tandis que le primaire monte jusqu'à 40. Ici, les spins sont mélangés, et le taux de découvertes diminue rapidement avec la masse – peut-être des traces de captures rares dans les systèmes binaires. Le second, diagonal, est celui des quasi-jumeaux avec un pic à 31 M☉. Leurs spins effectifs sont faibles, mais leurs axes de rotation sont probablement inclinés de manière chaotique. Une telle signature est attendue pour des paires forgées dans la promiscuité des amas globulaires.
La couche la plus haute commence au-dessus de 47 masses solaires. Ici, les trous sont massifs, les rapports de masses très variés, et les spins sont grands et orientés au hasard. C'est un signe certain de fusions hiérarchiques : les trous grandissent génération après génération, en entrant en collision dans un environnement dense. L'analogie archéologique est complète : les vestiges de villages sont compressés en une colline sur laquelle une ville a déjà été construite.
Une telle stratigraphie transforme chaque observation en fait archéologique. Les futurs télescopes à ondes gravitationnelles, comme Einstein Telescope, multiplieront le nombre de découvertes par dizaines – et permettront de stratifier la population encore plus finement, en retraçant l'histoire des trous noirs presque de la naissance des étoiles jusqu'à aujourd'hui.
Quatre événements prototypiques — GW170608, GW190412, GW150914 et GW170729 — avaient déjà été enregistrés dans les deux premiers catalogues d'observation. C'est seulement maintenant, avec l'accumulation des données, qu'il est devenu clair que chacun d'eux représente probablement une époque évolutive distincte.
Les fusions hiérarchiques, où les trous noirs grandissent génération après génération, rappellent les structures « hyperdimensionnelles » du roman de Greg Egan « L'Échelle de Schild », où les objets sont construits par assemblage successif dans un espace illimité.