60 000 signaux artificiels — autant d'empreintes ont été nécessaires pour apprendre au programme à reconnaître les motifs laissés par les fusions de trous noirs. Lorsque deux trous noirs entrent en collision, ils perturbent le tissu même de l'espace-temps : depuis le lieu de la fusion des trous noirs se propage une onde gravitationnelle (ondulation de l'espace). Les détecteurs LIGO, construits avec la participation de Rainer Weiss, captent cette ondulation grâce à l'interférométrie (combinaison de faisceaux lumineux) — comme Albert Einstein l'avait prédit il y a cent ans.

Chaque signal est transformé en une image temps-fréquence — la transformée Q. Une tache lumineuse indique une puissante bouffée d'énergie. Ces images sont de véritables empreintes digitales des catastrophes cosmiques. Mais voici le problème : deux phénomènes totalement différents peuvent produire des motifs presque identiques. Le premier — lorsque l'onde, sur son chemin vers la Terre, contourne un objet massif (par exemple, un amas de matière noire). Cet effet de Microlentille gravitationnelle modifie légèrement la luminosité et la fréquence du signal. Le second — lorsque la paire de trous noirs elle-même tourne, et que leur orbite vacille comme une toupie lancée. Alors le motif est également déformé, mais différemment.

Pour distinguer rapidement ces cas, les chercheurs ont utilisé l'apprentissage automatique. Ils ont généré 60 000 simulations numériques de signaux de trois types : normaux, déformés par le contournement d'un obstacle, et déformés par la rotation. Chaque signal a été traité avec un bruit réaliste puis converti en transformées Q à l'aide d'algorithmes de traitement du signal. Ces 60 000 images ont été données à un réseau de neurones convolutifs (un programme qui apprend à reconnaître des motifs comme nous reconnaissons des visages). Après l'apprentissage, il a appris à déterminer en quelques secondes ce qui était arrivé à l'onde.

Au final, sur des données parfaites, la précision a atteint 95 % — presque sans erreur. Avec le bruit réel du détecteur LIGO, elle est légèrement inférieure, 82 %, mais reste impressionnante. Les erreurs survenaient lorsque la distorsion était faible ou lorsque le signal provenant de trous noirs de masses très différentes ressemblait lui-même à un effet de lentille. Mais l'essentiel est que le modèle distingue avec confiance les fusions ordinaires des fusions exotiques. C'est un premier pas vers la recherche de matière noire : si l'onde a été déformée par un objet invisible, nous pourrons le détecter. Et cela évitera aussi des erreurs dans la mesure des distances des trous noirs. Désormais, chaque nouvelle empreinte prélevée sur le tissu de l'Univers peut être vérifiée en un instant — et nous rapprocher de la solution du côté obscur du cosmos.