Jetez une pierre dans un étang — et des cercles se propageront à la surface. Lorsque la pierre coule, les vagues s'éloignent et s'estompent progressivement. Mais si l'on regarde au plus profond de l'espace-temps, on découvre qu'il ne fonctionne pas tout à fait ainsi. Une étoile qui passe, ou même une particule minuscule, laisse derrière elle non pas une simple ondulation, mais un déplacement permanent — comme si, après le passage d'un bateau, le niveau de l'eau à un endroit restait à jamais légèrement modifié. Ce phénomène est appelé mémoire gravitationnelle.
Pendant longtemps, on a pensé que l'on ne pouvait détecter que la première secousse, la plus forte — ce que l'on appelle la mémoire linéaire. Mais les auteurs de cette nouvelle étude, s'appuyant sur les idées des physiciens Stephen Hawking et Roger Penrose sur la structure de l'espace-temps, ont montré comment extraire du signal des contributions plus subtiles et non linéaires. Pour cela, ils ont appliqué la technique de l'« habillage » — ils ont mentalement enveloppé chaque particule d'un nuage de quanta mous du champ, comme s'ils lui mettaient un gant qui absorbe les interférences superflues. Cet habillage s'est avéré être le seul moyen de concilier les mathématiques avec ce qui est réellement mesurable.
Le résultat le plus intrigant concerne la manière dont ces empreintes se superposent. Si plusieurs corps passent, leurs mémoires gravitationnelles ne s'additionnent pas simplement — elles interagissent, engendrant des ondes d'ordre supérieur. Imaginez que vous passiez plusieurs fois le doigt au même endroit sur une vitre embuée. La première trace est la plus nette, mais chaque passage ajoute de nouvelles traînées, et l'image finale devient plus complexe. Les physiciens ont appris à calculer cette structure en couches en utilisant ce que l'on appelle les calculs inclusifs, qui prennent en compte tous les résultats possibles à la fois — et prédisent ce que l'instrument enregistrera exactement.
Cette approche ne fait pas que mettre de l'ordre dans les équations. Elle fournit une recette concrète pour les futures observations : comment régler le détecteur pour qu'il perçoive non seulement la secousse brutale, mais aussi les échos silencieux d'étoiles disparues depuis longtemps.
L'effet de mémoire gravitationnelle est si faible que même après la fusion de deux trous noirs, le déplacement des miroirs dans le détecteur LIGO serait d'environ un millième du diamètre d'un proton.
Dans le roman « Mémoire » de Lois McMaster Bujold, le héros revit les souvenirs d'autrui — presque comme un détecteur qui lit les empreintes gravitationnelles de catastrophes cosmiques survenues il y a longtemps.