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Jetez deux pierres de formes différentes dans un étang : les cercles à la surface raconteront laquelle était lisse et laquelle était anguleuse. C'est ainsi que fonctionnent les ondes gravitationnelles : lorsque deux objets superdenses fusionnent, les vibrations de l'espace-temps transportent des détails sur leur structure interne.

On pense que les trous noirs n'ont pas de « cheveux » — pas de détails supplémentaires en dehors de la masse et de la vitesse de rotation. C'est ce que prédit le théorème de calvitie. Les étoiles à neutrons ou les objets exotiques hypothétiques sont plus complexes : leur aplatissement ou leur forme de poire dépendent de la « pâte » dont ils sont faits (les physiciens appellent cela l'équation d'état). Lorsque ces corps tournent en couple, leur rotation crée de légères différences de forme — les moments quadrupolaire et octupolaire (des écarts par rapport à une sphère parfaite et des distorsions plus subtiles). Ces différences modifient légèrement le rythme des ondes gravitationnelles émises.

Les auteurs de l'étude ont adopté une méthode flexible (FTI), non liée à une théorie particulière, et ont ajouté au signal des corrections correspondant à ces moments. Ils ont d'abord testé l'approche sur des signaux artificiels, puis l'ont appliquée aux données réelles collectées par la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA. Il s'est avéré que les détecteurs actuels ne peuvent pas encore mesurer de manière fiable ces subtilités. Mais les futures installations — le télescope Einstein et Cosmic Explorer — pourraient déterminer le moment quadrupolaire avec une précision de quelques centièmes, et le moment octupolaire jusqu'à des dixièmes. C'est cent fois mieux que les limites actuelles. Si le signal montre un écart par rapport au modèle du trou noir, cela signifie que nous avons attrapé un imposteur — par exemple, une étoile à neutrons ou quelque chose de vraiment inhabituel.

Résumé original

tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2608.07237v1

According to the no-hair theorem, the multipole moments of an electrically neutral black hole in general relativity are entirely determined by its mass and spin. However, this is not in general true for compact objects: The multipole moments of neutron stars or exotic compact objects can depend on their formation history and internal processes, which are encoded in an equation of state. Furthermore, their spin-induced multipole moments differ from those of black holes of the same mass and spin, leaving an imprint on the dynamics and emitted gravitational waves of the binary. Gravitational waves can thus be used to test the nature of compact binary coalescences. Here, we present a test of the spin-induced quadrupole and octupole moments of compact objects based on the flexible theory-independent (FTI) framework. FTI is a parameterized inspiral test of general relativity which enables the addition of post-Newtonian coefficient deviations to the gravitational-wave phase of a generic aligned-spin frequency-domain waveform model. We use this test on synthetic signals to study the measurability of spin-induced quadrupole and octupole moments. Next, we apply the test to a subset of signals observed by the LIGO-Virgo-KAGRA Collaboration. Lastly, we present forecasts for next-generation ground-based detectors, such as Einstein Telescope and Cosmic Explorer. Our estimates suggest that these detectors will be capable of placing stringent constraints on the spin-induced quadrupole and octupole moments of $$\mathcal{O}(10^{-2})$$ and $$\mathcal{O}(10^{-1})$$ respectively, which is two orders of magnitude tighter than current constraints, and thus on the nature of black holes in a compact binary coalescence.