Il y a 13,8 milliards d'années, l'Univers valsait. Le virage à droite était interdit. Aujourd'hui, les échos de ce bal cosmique nous parviennent sous la forme d'une ondulation à peine perceptible de l'espace-temps — ondes gravitationnelles. Leur existence a été prédite par Albert Einstein.
Dans les premiers instants après le Big Bang, à l'époque de l'inflation — hypothèse de Alan Guth — les fluctuations quantiques se sont étirées à des dimensions cosmiques. Ainsi sont nées les perturbations scalaires. Ce sont elles qui ont engendré les ondes gravitationnelles, se fondant en un fond stochastique — un bourdonnement cosmique qui imprègne tout l'univers.
Cependant, dans ce bruit, on n'entend pas seulement les notes fondamentales. L'interaction des perturbations engendre des harmoniques — la non-gaussianité. Elle encode l'asymétrie de la danse. Pour entendre la symphonie, il faut des interféromètres d'une sensibilité inouïe : le Télescope Einstein avec des bras de quinze kilomètres et le Cosmic Explorer avec des bras de quarante kilomètres.
L'équipe d'Ilara Caporali a simulé une année d'observations d'un tel réseau. La simulation numérique associée à une inférence bayésienne a permis d'estimer avec quelle précision les paramètres de non-gaussianité fNL, τNL et ˜τNL peuvent être reconstruits. Les résultats sont prometteurs. Pour le motif local du bispectre, fNL = 6.9+3.0−4.0, τNL = 10.2+5.4−5.2 à un niveau de confiance de 68 %. L'essentiel : il a été possible de reconstruire le degré de polarisation circulaire Π(f). Celle-ci a montré une chiralité notable aux fréquences supérieures à 50 Hz : l'Univers primitif faisait vraiment tourner les ondes dans un seul sens.
Cette découverte relie la physique de l'inflation aux problèmes les plus profonds. Le même mécanisme qui violait la parité a pu engendrer un excès de matière sur l'antimatière. Les perturbations scalaires amplifiées ont pu s'effondrer en trous noirs primordiaux — candidats au rôle de matière noire. Ainsi, les ondes gravitationnelles deviennent la clé de la masse cachée. Avec le lancement de nouveaux détecteurs, les physiciens liront la partition de la danse interdite. L'interdiction du virage à droite sera déchiffrée. Et les premiers pas de l'univers deviendront compréhensibles.
Les perturbations scalaires amplifiées, responsables de la génération du fond gravitationnel, pourraient créer des ondes gravitationnelles avec une énergie comparable à l’émission totale de toutes les étoiles de l’Univers – mais dans une gamme de fréquences infime, où règne le vide quantique.