Deux boules lourdes tournent à la surface d'un étang. Des cercles s'en échappent — ce sont les ondes gravitationnelles. Lorsque les boules se rapprochent, les ondes emportent de l'énergie, et les cercles deviennent plus fréquents. Les astronomes captent de telles ondulations provenant de paires de trous noirs supermassifs — ils sont des milliards de fois plus lourds que le Soleil et siègent au centre de galaxies lointaines.
Mais l'étang peut contenir autre chose que de l'eau. Une gelée invisible pourrait freiner les boules davantage. Le rôle d'une telle gelée est parfois joué par la matière noire ultra-légère. Ses particules sont des milliards de fois plus légères que l'électron, mais elles se rassemblent en amas géants — des solitons. Lorsque les trous noirs traversent un tel amas, il leur soutire de l'énergie, comme la gelée le ferait avec les boules. Cela accélère la fusion et modifie le motif des ondes.
Les auteurs de la nouvelle étude ont utilisé des données de réseaux de pulsars accumulées sur de nombreuses années. Ils ont comparé quatre explications de la manière dont les trous noirs perdent de l'énergie. La première — uniquement les ondes gravitationnelles. La deuxième — les ondes plus un effet simple de matière noire, comme si la gelée était uniformément répartie dans l'étang. La troisième — une image plus réaliste, où les amas de matière noire sont disposés de manière aléatoire. La quatrième — sans matière noire du tout, mais avec un freinage similaire dû au gaz et aux étoiles autour des trous noirs.
Le résultat est prudent. Aucun modèle ne l'emporte nettement. Mais au sein de la famille de la matière noire, la version simple surpasse la version réaliste à toutes les fréquences testées. Cela signifie que les données ne permettent pas encore de distinguer la matière noire des perturbations astrophysiques ordinaires — mais elles ne l'interdisent pas non plus. Peut-être que de futures observations permettront d'entendre comment la gelée invisible modifie les ondulations cosmiques.
Les solitons de matière noire ultra-légère peuvent avoir la taille d'une galaxie entière, mais être composés de particules $10^{22}$ fois plus légères que l'électron — c'est comme si un nuage de brouillard pesait moins qu'un grain de sable.
Dans le roman « Le Nuage noir » de Fred Hoyle, un nuage de gaz intelligent freine une étoile — un principe similaire de frottement dynamique.