Deux points sur la surface d'un ballon — voilà tous les repères dont on dispose quand on essaie de comprendre comment il se gonfle. C'est à peu près ainsi que les cosmologistes reconstruisent l'histoire de l'expansion de l'univers. Sauf qu'au lieu de points, ils ont les ondes gravitationnelles émises par la fusion d'objets superdenses : des étoiles à neutrons et des trous noirs. De tels événements sont appelés « sirènes standard » — par analogie avec un son dont l'intensité indique précisément la distance à la source.
Les auteurs de la nouvelle étude ont pris les futurs catalogues de deux détecteurs géants — le spatial LISA et le terrestre ET — et leur ont appliqué les processus gaussiens. Cet outil mathématique n'impose pas une forme rigide à la courbe d'expansion, mais laisse les données parler d'elles-mêmes. Cette approche a permis de reconstruire non seulement les distances jusqu'aux galaxies lointaines, mais aussi des indicateurs clés : le paramètre de Hubble (la vitesse d'expansion), le paramètre de décélération et l'« équation d'état » complète de l'énergie noire.
Mais la grande surprise est que mesurer simplement les distances ne suffit pas. Si l'on ne regarde que le graphique « distance — décalage vers le rouge », la plupart des modèles cosmologiques concurrents (y compris les théories avec matière noire interactive ou énergie noire précoce) se fondent en une bande indistinguable. Pour les séparer, il faut prendre des dérivées — c'est-à-dire observer à quelle vitesse la vitesse d'expansion change. Et c'est là qu'apparaissent des « fenêtres de transparence » concrètes : pour ET, le décalage vers le rouge est d'environ 1.7 (quand l'univers était environ deux fois plus jeune qu'aujourd'hui), et pour LISA, d'environ 2.7 (trois fois plus jeune). C'est dans ces plages que les futures observations donneront la réponse la plus nette sur le modèle le plus proche de la vérité.
Cette approche rappelle le travail d'un médecin qui ne se contente pas de prendre la température du patient, mais surveille ses pics à certaines heures. Les auteurs ont créé un outil qui indique précisément à quelles « heures » et sur quels symptômes il faut se concentrer pour poser un diagnostic à l'univers.
Les sirènes standard sont nommées ainsi en référence aux sirènes — des dispositifs dont l'intensité sonore dépend strictement de la distance. En cosmologie, le rôle de l'intensité est joué par l'amplitude de l'onde gravitationnelle, qui décroît en raison inverse de la distance.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, le signal d'une civilisation extraterrestre était caché dans la modulation des ondes gravitationnelles — tout comme, en réalité, les scientifiques en extraient l'histoire de l'univers.