Deux paquebots naviguent de nuit, tous feux éteints. L'un a été assemblé en chantier naval à partir de tôles d'acier, l'autre semble avoir surgi tout seul de l'écume et des vagues. À l'oreille, ils sont presque indiscernables, mais un hydroacousticien expérimenté saurait déceler la différence dans le ronronnement des hélices et la forme de la coque. C'est à peu près ainsi que les astrophysiciens considèrent les trous noirs : certains naissent d'étoiles mourantes, d'autres de grumeaux de matière aléatoires dans les tout premiers instants après le Big Bang. Les uns et les autres fusionnent, envoyant des frissons à travers le tissu de l'espace, mais leur signature est différente.

Les fusions de trous noirs laissent des ondulations — ondes gravitationnelles. Lorsque ces événements se multiplient, leur chœur indistinct se fond en un bourdonnement continu, appelé fond stochastique d'ondes gravitationnelles (stochastique signifie aléatoire, semblable à du bruit). Les auteurs de la nouvelle étude ont pris le catalogue de signaux GWTC-4, collecté par les détecteurs LIGO, et à l'aide de statistiques bayésiennes (une méthode qui évalue la probabilité d'une hypothèse en tenant compte de nouvelles données), ils ont calculé quelle partie de ce chœur pourrait appartenir à des trous noirs primordiaux — ces objets « écumeux » apparus avant les premières étoiles. Ensuite, ils ont modélisé le fond séparément pour les trous noirs stellaires et primordiaux, pris en compte l'effet de lentille gravitationnelle — lorsqu'un corps massif sur le trajet de l'onde la dévie, comme une loupe modifie l'apparence d'une fourmi — et superposé le résultat sur les courbes de sensibilité des antennes au sol.

Une chose curieuse en ressort. L'observatoire actuel LIGO peut distinguer un type de trou noir d'un autre, mais seulement dans une fenêtre de fréquences étroite et par un seul moyen. La lentille gravitationnelle décale cette fenêtre, ce qui complique la tâche. Le futur télescope Einstein (ET) — un triangle souterrain aux bras de dix kilomètres — se révélera bien plus perçant. Il pourra séparer les populations dans une gamme de paramètres beaucoup plus large, sans dépendre d'une seule technique. C'est comme comparer le réglage d'un poste de radio pendant un orage et par temps clair : le premier capte une seule station, le second entend tout l'éther.

Ainsi, l'ouïe gravitationnelle de l'humanité devient de plus en plus fine. Si nous apprenons à séparer avec certitude le chœur des trous noirs stellaires et primordiaux, nous pourrons écouter l'histoire de ces temps où aucune étoile ne brillait encore dans l'Univers.