Un drap tendu se plisse. Si l'on tire sur un coin, une onde régulière se propage ; si l'on comprime brusquement le tissu, un pli net apparaît. C'est à peu près ainsi que se comportent l'espace et le temps dans les équations d'Einstein. Les ondes gravitationnelles ressemblent aux oscillations douces du drap, tandis que les chocs sont comme des plis rigides où les propriétés de la matière changent brusquement.
Pendant longtemps, les mathématiciens ont étudié ces phénomènes séparément : soit la gravitation pure sans matière, soit des solutions parfaitement lisses. Mais dans l'univers réel, les ondes gravitationnelles issues de la fusion de trous noirs et les ondes de choc dans les flux de gaz peuvent se rencontrer et interagir. Les auteurs de ce travail ont construit pour la première fois une théorie rigoureuse où les deux types de perturbations coexistent dans le cadre d'un modèle du monde simplifié mais non trivial : la symétrie T2 sur un tore tridimensionnel. C'est comme si l'on considérait un univers refermé sur lui-même, telle la surface d'un beignet, et que l'on ne regardait que les processus indépendants de deux directions.
La percée clé est l'abandon de l'exigence de régularité parfaite. Il s'avère que même lorsque la courbure de l'espace se concentre en couches infiniment minces (les mathématiciens disent « comme une fonction delta »), les équations gardent un sens. C'est comme le poids d'une personne qui s'appuie sur un seul pied d'un tabouret : la pression s'exerce uniquement sur le point d'appui, alors que le poids est réparti sur toute la surface. Ici, le champ gravitationnel peut « creuser » la géométrie uniquement le long de certaines surfaces, tout en restant fini ailleurs.
Cette approche permet d'entrevoir l'époque juste après le Big Bang, lorsque la matière était comprimée à des densités inimaginables et que l'espace bouillonnait de perturbations. La construction mathématique trouvée par les auteurs évoque l'assemblage d'un mécanisme complexe avec des pièces qui ont du jeu : certaines parties peuvent bouger, mais l'ensemble fonctionne de manière stable. C'est ce qu'on appelle le fluide einsteinien « apprivoisé » (tame) — un modèle où la rugosité des données initiales ne détruit pas le pouvoir prédictif de la théorie. Ainsi, les plis du drap de l'espace-temps, même les plus nets, obéissent aux règles générales du jeu.
Le terme « onde de choc » en cosmologie n'est pas anodin : dans l'univers primordial, de telles discontinuités de densité pouvaient naître lors de la collision de « bulles » d'une nouvelle phase du vide, comme des ronds dans l'eau provoqués par des pierres jetées.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, la machine construite selon les plans d'une intelligence extraterrestre crée un trou de ver en courbant l'espace — mais sans tenir compte des ondes de choc qui surgiraient inévitablement dans un tel « tunnel » en raison des variations de densité d'énergie.