Ondes gravitationnelles : quand le front n'est pas plan express

Un observatoire d'ondes gravitationnelles ressemble à un microphone réparti en différents points de la Terre. Lorsqu'un signal arrive de l'espace — par exemple, d'une fusion de trous noirs ou de l'explosion d'une supernova — chaque microphone entend quelque chose de légèrement différent. Jusqu'à présent, on considérait que le front d'onde était plan, comme la lumière d'un projecteur lointain. Et pour les détecteurs actuels LIGO et Virgo, c'est vrai : l'onde est si faible et si lointaine que sa courbure peut être négligée.

Les auteurs ont construit un modèle qui décrit un sursaut gravitationnel non pas comme une onde plane, mais comme un faisceau focalisé avec une structure transverse — ce qu'on appelle un paquet d'ondes paraxial. À l'ère des détecteurs de troisième génération (par exemple, le télescope Einstein), cette structure deviendra perceptible. Elle provoquera un décalage de phase géométrique — une rotation supplémentaire de l'onde au point de réception, qui dépend de la manière dont le faisceau a traversé le détecteur. Si l'on ne tient pas compte de ce décalage, on peut manquer un signal réel ou mal évaluer sa source.

Pour vérifier l'idée, les chercheurs ont mené une expérience simple sur des données simulées. Ils ont comparé deux méthodes de recherche de sursauts : la méthode standard, qui classe les événements par intensité, et une nouvelle méthode, qui pénalise les événements où les signaux sur différents détecteurs ne sont pas géométriquement cohérents. Il s'est avéré qu'à un niveau fixe de fausses alertes, la nouvelle méthode trouve 3 à 4 fois plus de signaux réels. De plus, pour les signaux d'ondes planes ordinaires, elle ne fonctionne pas moins bien que l'ancienne.