En 2015, les détecteurs LIGO ont pour la première fois capté les vibrations de l'espace provoquées par la fusion de deux trous noirs. Depuis, des centaines d'événements de ce type ont été enregistrés, et chacun porte l'empreinte de sa lignée : les trous noirs sont-ils nés côte à côte, issus d'une même paire d'étoiles, ou se sont-ils rencontrés par hasard dans un amas dense ? La différence se voit à la direction de leurs axes de rotation. Si les étoiles ont grandi ensemble, les forces de marée alignent leurs spins comme des aiguilles de boussole pointant vers le nord. Si les trous noirs se sont percutés dans une foule, les axes pointent dans tous les sens, comme des aiguilles éparpillées sur le sol.
Le problème, c'est que mesurer cette inclinaison directement est difficile. Les paramètres standard, comme le spin effectif et le spin de précession, soit écartent une partie de l'information, soit ont des propriétés statistiques peu commodes. Les auteurs de cette nouvelle étude proposent un autre angle : celui entre le spin total des deux trous noirs et l'axe de leur orbite. Sur trois mille événements synthétiques, cet angle s'est révélé supérieur à ses concurrents : en moyenne 3.21 bits d'information contre 2.08 pour le spin de précession. C'est comme comparer des boussoles : l'une indique le nord avec une précision au degré près, l'autre se contente de dire « par là ».
En appliquant la méthode aux 259 événements réels du catalogue GWTC-5.0, les auteurs en ont trouvé quinze pour lesquels les données excluent clairement des axes alignés. Dix d'entre eux n'avaient pas été remarqués auparavant : les paramètres standard restaient muets, tandis que le nouvel angle s'est mis à parler. Un cas est particulièrement intéressant : GW241127 061008. Son trou noir primaire pèse environ 58 masses solaires et son inclinaison dépasse 73°. Une telle masse tombe dans l'intervalle où les explosions de supernova ne devraient pas laisser de trous noirs. Il semble que ce trou noir soit le vestige d'une fusion antérieure, donc de deuxième génération. Si c'est le cas, ce serait le premier candidat confirmé par l'inclinaison du spin.
L'analyse de population sur tous les événements donne une largeur de distribution de l'angle d'environ 1.2 et une fraction de systèmes sans rotation de 0.3. Cela concorde avec les travaux précédents, mais le tableau devient plus net. Au lieu de deviner si les axes d'une paire donnée sont alignés, on peut maintenant se demander : où pointent en moyenne tous les trous noirs de l'Univers ?
Le nouvel angle est une boussole qui montre où pointent réellement les axes des trous noirs. Il ne remplace pas les anciens outils, mais ajoute une aiguille qui, auparavant, tremblait et mentait. La prochaine étape consiste à vérifier comment cet angle évolue pendant la précession et combien d'événements sont nécessaires pour reconstruire la forme de la distribution. Si l'avantage se confirme, les futurs catalogues d'ondes gravitationnelles seront lus comme une carte des routes par lesquelles les trous noirs sont arrivés à leur danse finale.
L'événement GW241127 061008 a un rapport de Savage-Dickey de 191.3, ce qui signifie que les données sont 191 fois plus probables avec des spins isotropes qu'avec des spins alignés. Si son trou noir primaire se trouve effectivement dans l'intervalle de masse manquant, ce serait le premier cas confirmé par l'inclinaison du spin.
Dans le roman « Le Problème à trois corps » de Liu Cixin, la dynamique des systèmes triples conduit à des orbites chaotiques et à des fusions inattendues : une imprévisibilité similaire des axes de spin est produite par les rencontres dynamiques dans les amas globulaires, que le paramètre θLS capture.