Les ondulations dans l'espace-temps provenant d'une paire de trous noirs en fusion ont été enregistrées avec des détails sans précédent, permettant aux physiciens de tester les prédictions de la relativité générale
Vue d'artiste d'une collision de trous noirs qui a produit GW250114
La collision la plus bruyante jamais enregistrée entre deux trous noirs a permis aux scientifiques de tester la théorie de la relativité générale d'Einstein avec des détails sans précédent, démontrant que les prédictions du physicien étaient une fois de plus exactes.
En 2025, une collaboration internationale de détecteurs d’ondes gravitationnelles, constituée de réseaux laser ultra-sensibles, a détecté une puissante ondulation dans la structure de l’espace-temps, baptisée GW250114, probablement produite par la fusion de deux trous noirs.
Les détecteurs, qui comprennent le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) aux États-Unis et le détecteur Virgo en Italie, sont beaucoup plus sensibles que lorsque LIGO a effectué sa première détection en 2016. Cela signifie que GW250114 disposait jusqu'à présent des données les plus claires et les plus exemptes de bruit de tous les événements d'ondes gravitationnelles, ce qui en fait un banc d'essai unique pour les prédictions de théories physiques par ailleurs bien testées.
L'année dernière, des chercheurs ont utilisé les données de GW250114 pour tester le théorème de Stephen Hawking, proposé il y a plus de 50 ans, selon lequel l'horizon des événements d'un trou noir fusionné, la région dans laquelle la lumière ne peut plus s'échapper, ne serait pas plus petit que la somme de ses trous noirs parents. Les résultats ont montré avec une certitude de près de 100 pour cent que Hawking avait raison.
Aujourd'hui, Keefe Mitman de l'Université Cornell de New York et ses collègues sont allés plus loin et ont testé si la fusion des trous noirs était conforme à la relativité générale d'Albert Einstein.
Les équations originales d'Einstein décrivent comment tout objet ayant une masse se déplace dans l'espace-temps. Lorsque ces équations sont modifiées pour la fusion de deux trous noirs, puis résolues, une image distincte apparaît. Les trous noirs tournent d’abord les uns autour des autres à une vitesse croissante, puis s’écrasent ensemble, libérant une explosion colossale d’énergie, avant de vibrer à des fréquences distinctes, de la même manière qu’une cloche sonne après avoir été frappée.
Ces fréquences, appelées modes de sonnerie, ont été relativement faibles lors des précédents événements d'ondes gravitationnelles, rendant impossible la détection de la structure complexe prédite par Einstein, mais GW250114 était suffisamment fort pour que les modes prédits par les équations d'Einstein puissent être correctement testés. Mitman et ses collègues ont simulé les équations d'Einstein et ont produit des prédictions sur l'intensité et la fréquence de ces vibrations de trous noirs. Lorsqu’ils les ont comparés aux fréquences mesurées, ils correspondaient étroitement.
« Les amplitudes que nous mesurons dans les données concordent incroyablement bien avec les prédictions de la relativité numérique », explique Mitman. « Les équations d'Einstein sont vraiment difficiles à résoudre, mais lorsque nous les résolvons et que nous observons les prédictions de la relativité générale dans nos détecteurs, ces deux-là sont d'accord. »
« Le résultat est qu'Einstein a toujours raison », déclare Laura Nuttall de l'Université de Portsmouth, au Royaume-Uni. « Tout semble ressembler à ce que dit Einstein à propos de la gravité. »
Malgré le volume sonore de GW250114, les fréquences étaient encore si faibles que Mitman et son équipe ne pouvaient pas exclure qu'elles puissent différer des prédictions d'Einstein de moins de 10 % environ. Ceci est principalement une conséquence des limites de sensibilité de nos détecteurs, explique Mitman, et devrait diminuer à mesure que nous améliorons la sensibilité des détecteurs d'ondes gravitationnelles. Cependant, si la théorie d'Einstein est incorrecte d'une manière ou d'une autre, cette différence persistera.
« À mesure que nous observons de plus en plus d'événements, ou que nous constatons des événements uniques plus forts, ce qui pourrait arriver, c'est que ces barres d'erreur pourraient simplement se réduire à environ zéro, ou bien s'éloigner de zéro », explique Mitman. « S'il se réduit à s'éloigner de zéro, c'est beaucoup plus intéressant. »
