Deux collisions de trous noirs détectées fin 2024 ont fourni des tests sans précédent de la théorie générale de la relativité d'Einstein. Les événements, capturés par la Collaboration LIGO-Virgo-KAGRA, ont révélé des rotations inhabituelles et de possibles trous noirs de seconde génération. Ces détections confirment les prédictions théoriques avec une grande précision et sondent de nouvelles particules.
Fin 2024, la Collaboration LIGO-Virgo-KAGRA a détecté deux signaux remarquables d'ondes gravitationnelles provenant de fusions de trous noirs, annoncés dans une étude publiée le 28 octobre 2025 dans The Astrophysical Journal Letters. Le premier événement, GW241011, s'est produit le 11 octobre 2024, à environ 700 millions d'années-lumière de la Terre. Il a impliqué la fusion de trous noirs de masses d'environ 20 et 6 fois celle du Soleil, le plus grand étant identifié comme l'un des trous noirs les plus rapidement tournants jamais observés.
À peu près un mois plus tard, le 10 novembre 2024, le second événement, GW241110, a été détecté à 2,4 milliards d'années-lumière. Cette fusion a présenté des trous noirs d'environ 17 et 8 masses solaires, le trou noir principal tournant dans la direction opposée à son orbite—la première observation de ce type.
"Chaque nouvelle détection fournit des insights importants sur l'univers, nous rappelant que chaque fusion observée est à la fois une découverte astrophysique et un laboratoire inestimable pour sonder les lois fondamentales de la physique", a déclaré le co-auteur Carl-Johan Haster, professeur assistant d'astrophysique à l'Université du Nevada, Las Vegas. "Des binaires comme celles-ci avaient été prédites sur la base d'observations antérieures, mais c'est la première preuve directe de leur existence."
Ces événements se sont produits lors de la quatrième campagne d'observation (O4) du réseau LIGO-Virgo-KAGRA, qui a commencé en mai 2023 et se poursuit jusqu'à la mi-novembre 2025. À ce jour, environ 300 fusions de trous noirs ont été détectées. GW241011 et GW241110 suggèrent tous deux des trous noirs de seconde génération formés par des fusions hiérarchiques dans des environnements denses comme des amas d'étoiles, avec des différences de masse significatives et des rotations inhabituelles.
"GW241011 et GW241110 figurent parmi les événements les plus novateurs parmi les centaines observés par le réseau LIGO-Virgo-KAGRA", a déclaré Stephen Fairhurst, professeur à l'Université de Cardiff et porte-parole de la Collaboration Scientifique LIGO. "Avec les deux événements présentant un trou noir significativement plus massif que l'autre et tournant rapidement, ils fournissent des preuves tentantes que ces trous noirs ont été formés à partir de fusions précédentes de trous noirs."
La précision de la détection de GW241011 a permis des tests de la relativité générale d'Einstein dans des conditions extrêmes, correspondant aux prédictions de ses équations et au modèle de trou noir rotatif de Roy Kerr avec une précision record. Un rare "harmonique supérieur" dans le signal a fourni une autre confirmation. Ces fusions excluent également certaines masses pour les bosons ultralégers, des particules hypothétiques au-delà du Modèle Standard.
"Ces deux fusions binaires de trous noirs nous offrent certaines des insights les plus excitants à ce jour sur les vies antérieures des trous noirs", a déclaré Thomas Callister, co-auteur et professeur assistant au Williams College. "Elles nous apprennent que certains trous noirs existent non seulement comme partenaires isolés mais probablement comme membres d'une foule dense et dynamique."
Les mises à niveau des détecteurs permettront des études supplémentaires de tels systèmes, améliorant la compréhension de la formation des trous noirs et de la physique fondamentale.