Un bruit de fond de l'univers a été entendu pour la première fois

Les astronomes le traquaient depuis un quart de siècle. Le bruit de fond émis par un tourbillon de gigantesques trous noirs a été identifié grâce à une technique inédite de détection des ondes gravitationnelles, selon des recherches publiées simultanément dans plusieurs revues scientifiques, jeudi 29 juin.

Ces résultats sont le fruit d'une vaste collaboration des plus grands radiotélescopes du monde, faisant partie du consortium International Puslar Timing Array (IPTA). Ils ont réussi à capter cette vibration de l'univers avec "la précision d'une horloge", s'enthousiasment les auteurs des travaux.

Prédites par Einstein en 1916 et détectées cent ans plus tard, les ondes gravitationnelles sont d'infimes déformations de l'espace-temps, semblables à des ondulations de l'eau à la surface d'un étang. Ces oscillations, qui se propagent à la vitesse de la lumière, naissent sous l'effet d'événements cosmiques violents, tels que la collision de deux trous noirs. Elles ont beau être liées à des phénomènes massifs, leur signal est extrêmement ténu.

"Une nouvelle fenêtre sur l'univers"

En 2015, les détecteurs d'ondes gravitationnelles Ligo (Etats-Unis) et Virgo (Europe) ont révolutionné l'astrophysique en détectant le frémissement ultra-bref – moins d'une seconde – de collisions entre des trous noirs. Cette fois, un signal bien plus étiré dans le temps trahit des ondes gravitationnelles générées par des trous noirs de "plusieurs millions à plusieurs milliards de fois la masse du Soleil", précise Gilles Theureau, astronome à l'Observatoire de Paris-PSL, qui a coordonné les travaux côté français.

Pour détecter ces ondes, les scientifiques ont utilisé un outil inédit : des pulsars de la Voie lactée. Ultra-compactes, ces étoiles tournent sur elles-mêmes à grande vitesse. A chaque tour, les pulsars envoient des "bip" ultra-réguliers, qui en font de "remarquables horloges naturelles", explique Lucas Guillemot, du Laboratoire de physique et de chimie de l'environnement et de l'espace (LPC2E) d'Orléans. Les scientifiques ont répertorié des groupes de pulsars, pour obtenir un "maillage céleste" dans les méandres de l'espace-temps. Cela leur a permis mesurer un infime dérèglement dans ce tic-tac, caractéristique des ondes gravitationnelles.

Quelle est la source de ces ondes ? L'hypothèse privilégiée pointe vers des couples de trous noirs supermassifs "prêts à se percuter", développe Gilles Theureau. Un bruit de fond en continu que Michael Keith, du réseau européen EPTA (European Pulsing Timing Array), compare à un "restaurant bruyant avec beaucoup de gens parlant autour de vous". Les mesures ne permettent pas encore de dire si ce bruit trahit la présence de quelques couples de trous noirs, ou de toute une population. "Nous ouvrons une nouvelle fenêtre sur l'univers", se félicite Gilles Theureau. Ces études, qui devront être approfondies, pourraient notamment éclaircir le mystère de la formation des trous noirs supermassifs.