Un orchestre de millions d'instruments joue une seule note, mais chacun entre à son moment et avec sa propre intensité. C'est ainsi que résonne le fond stochastique d'ondes gravitationnelles — le grondement des fusions de trous noirs impossibles à distinguer individuellement. Pendant longtemps, on a pensé que les paires de trous noirs tournaient sur des orbites presque parfaitement circulaires. Mais les orbites peuvent aussi être des ellipses très aplaties. Les auteurs de cette nouvelle étude montrent que, dans ce cas, le « bruit » global change, et cela peut être entendu.

Lorsque deux trous noirs de masse stellaire se rapprochent, ils perdent de l'énergie en émettant des ondes gravitationnelles. Sur une orbite allongée, les ondes sont particulièrement intenses aux moments de plus grande proximité. C'est comme le grincement d'une balançoire : si l'enfant reste immobile, le grincement est régulier, mais s'il se balance fortement, le son devient plus aigu et plus fort aux points extrêmes. Ici, c'est pareil : l'excentricité (en termes scientifiques, l'excentricité) rend le grondement gravitationnel nettement plus fort aux hautes fréquences.

Les scientifiques ont construit un modèle du fond pour deux cas. Dans le premier, toutes les paires ont la même excentricité, très élevée — supérieure à 0.9 à une fréquence orbitale de 0.0001 Hz. Un tel fond se distingue clairement de celui des orbites circulaires. Dans le second cas, l'excentricité varie d'une paire à l'autre, suivant une distribution thermique. Ici, tout dépend du moment où les paires ont commencé à se rapprocher : si c'est à une fréquence de 0.00001 Hz, le fond est presque identique à celui des orbites circulaires ; si c'est à 0.0001 Hz, les différences sont déjà visibles. Cela est important pour le futur détecteur spatial LISA, qui captera les ondes précisément dans cette gamme de fréquences.

Autre surprise : l'excentricité des orbites permet de distinguer une évolution pure d'une paire dans le vide d'une évolution dans un milieu gazeux dense. Si le gaz autour des trous noirs est abondant (densité supérieure à un dix-millionième de gramme par centimètre cube), le frottement avec le gaz arrondit davantage les orbites, ce qui se reflète dans le fond. En analysant le grondement, on pourra comprendre dans quel environnement vivaient les trous noirs. Enfin, si LISA détecte un tel fond, cela donnera une estimation supérieure de l'excentricité des orbites des mêmes paires lorsqu'elles atteindront les fréquences des détecteurs terrestres. Cela améliorera donc les modèles de recherche de signaux individuels. Une brève excentricité au début du voyage laisse un long grondement dans la mémoire de l'Univers.