Deux étoiles ultra-denses tournent l'une autour de l'autre et finissent par entrer en collision. Cette danse ne dure que quelques instants, mais elle génère de puissantes ondulations dans l'espace — les ondes gravitationnelles. Après la fusion, il reste un amas en rotation rapide qui sonne comme une cloche, et cette sonnerie transporte des informations sur la composition des étoiles.
Les auteurs de l'étude ont pris des enregistrements de ces « sonneries » issues de simulations informatiques et ont appris à des réseaux de neurones à deviner trois paramètres clés : la masse stellaire, la déformabilité de marée (à quel point l'étoile est molle, comme une guimauve, ou dure, comme une noix) et la pente de la relation masse-rayon (à quelle vitesse la taille de l'étoile change lorsqu'on ajoute de la masse). Le réseau de neurones fonctionne comme un mécanicien expérimenté qui identifie les caractéristiques d'un moteur à son bruit. Mais ici, au lieu d'un moteur, c'est une étoile à neutrons, et au lieu d'un cliquetis, c'est le spectre des ondes gravitationnelles.
Point important : le problème est inverse. Habituellement, les physiciens partent des propriétés de l'étoile pour prédire les ondes, mais ici, c'est l'inverse. C'est plus difficile, car les mêmes ondes peuvent parfois être produites par des étoiles différentes. Pour contourner cette ambiguïté, les réseaux de neurones ont été entraînés en deux étapes : d'abord une prédiction grossière, puis un affinage en se concentrant sur les cas les plus difficiles. Cette approche rappelle l'accordage d'un instrument de musique : d'abord approximativement, puis avec précision.
Le résultat est inspirant : les réseaux de neurones ne se contentent pas de produire des chiffres, ils reproduisent également des lois physiques connues. Par exemple, ils relient correctement la fréquence du mode fondamental de la « sonnerie » à la mollesse de l'étoile. Cela signifie que la méthode ne fonctionne pas comme une boîte noire, mais comme un véritable outil physique. Lorsque les détecteurs de nouvelle génération entreront en service, de tels réseaux de neurones aideront à sonder l'intérieur des étoiles à neutrons et à comprendre de quelles formes exotiques de matière elles sont constituées.
Une étoile à neutrons de la taille d'une ville pèse autant qu'une fois et demie le Soleil. Une cuillère à café de sa matière pèserait un milliard de tonnes sur Terre.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, des extraterrestres transmettent les instructions pour construire une machine utilisant les ondes gravitationnelles. Maintenant, nous apprenons à lire ces ondes nous-mêmes.