Lorsqu’une étoile massive explose en supernova, lorsqu’un trou noir est créé, lorsqu’une étoile à neutron tourne sur elle-même en émettant un intense rayonnement électromagnétique (pulsar) ou lorsque deux étoiles à neutrons orbitent l’une autour de l’autre, des ondes gravitationnelles intenses peuvent être émises. Elles sont si peu absorbées par la matière que l’on peut les détecter sur Terre même lorsque la source est distante de plusieurs centaines de millions d’années-lumière.
Une première preuve indirecte de l’existence des ondes gravitationnelles fut obtenue grâce au système binaire d’étoiles à neutrons PSR1913+16, découvert en 1974 par Russell Hulse et Joseph Taylor. Les mesures par effet Doppler de la vitesse orbitale d’une des deux étoiles à neutrons, répétée sur plus de 30 ans par Joël Weisberg et Joseph Taylor, ont montré que la décroissance de la période orbitale des deux étoiles est en très bon accord avec l’hypothèse d’une émission d’ondes gravitationnelles.
Depuis le 14 septembre 2015, les détecteurs interférométriques des collaborations LIGO et Virgo ont fourni la preuve directe de l’existence des ondes gravitationnelles, en détectant ces ondes émises lors de la fusion de trous noirs ou d’étoiles à neutrons.
Notamment, le 17 aout 2017, les détecteurs LIGO et Virgo ont inauguré une nouvelle astronomie multi-messagers en détectant les ondes gravitationnelles issues de la fusion entre deux étoiles à neutrons. Détection qui fut suivie par celles réalisées dans le domaine des ondes électromagnétiques par plusieurs observatoires et satellites.