Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans le tissu de l'espace-temps, qui se propagent depuis leur source comme les cercles à la surface de l'eau après qu'on y a jeté une pierre. Lorsqu'une onde contourne une galaxie, sa trajectoire se courbe, un peu comme une ride d'eau qui rencontre un rocher submergé. Les amas invisibles de matière noire à l'intérieur de la galaxie agissent comme un semis de petits cailloux, chacun apportant une perturbation infime. Les scientifiques ont calculé que pour les ondes gravitationnelles dans la gamme du futur observatoire spatial LISA, ces distorsions atteindraient quelques pour cent, ce qui est suffisant pour une détection fiable. Les changements se manifesteraient comme de légères variations dans l'amplitude et le temps d'arrivée des ondes, un peu comme si une voix familière sur un enregistrement devenait légèrement plus faible ou en retard, et des instruments sensibles remarqueraient la différence.

L'effet le plus fort se produit lorsque la longueur d'onde est comparable à la taille des amas de matière noire (de quelques dizaines à quelques centaines de milliers de kilomètres). C'est précisément sur ces longueurs d'onde que LISA, dont le lancement est prévu pour les années 2030, est conçue. L'effet ne dépend presque pas de la nature des particules, seule leur gravité compte, ce qui rend la méthode applicable à tous les modèles de matière noire.

En analysant le motif fréquentiel, un peu comme on prendrait la spectroscopie des ondulations déformées, les astronomes pourront cartographier la distribution des amas de matière noire à l'intérieur de la lentille gravitationnelle. Cela révélera des structures invisibles aux télescopes classiques, car elles n'émettent pas de lumière. Ainsi, grâce à de subtiles ondulations sur l'étang cosmique, nous pourrons lire la forme des profondeurs cachées.