Prédites par Albert Einstein, les ondes gravitationnelles sont des balises dans l'océan sombre du cosmos. Elles jaillissent lors de collisions de trous noirs et parcourent l'Univers en ridant l'espace. Il y a cent ans, Edwin Hubble et Georges Lemaître ont remarqué que les galaxies lointaines s'éloignent de nous. Leur vitesse se manifeste par le décalage vers le rouge (l'étirement des ondes lumineuses dû à l'expansion de l'espace). Mais quelle est la véritable force de ce courant ? Les 2 principales méthodes — par la lueur du Fond diffus cosmologique et par les mesures stellaires — divergent de près de 10 %. La cosmologie est dans une impasse.

Maintenant, les balises gravitationnelles entrent en scène. Lorsque deux trous noirs fusionnent, les détecteurs enregistrent un signal — cette ondulation porte la distance exacte jusqu'à la source. Mais la plupart des fusions ne produisent pas de sursaut optique. Ce sont des sirènes noires : elles émettent un son, mais ne brillent pas. Pour connaître le décalage vers le rouge d'une telle sirène, les astronomes doivent deviner : la source se trouve dans l'une des milliers de galaxies tombant dans la région de localisation céleste. La méthode devient statistique : toutes ces galaxies sont candidates, et en collectant leurs décalages vers le rouge, on peut reconstruire le taux d'expansion.

Les chercheurs ont simulé une année d'observations du réseau LIGO. Dans une simulation numérique basée sur le catalogue Uchuu-ν2GC, ils ont généré des dizaines de milliers de fusions et sélectionné 10 événements avec la meilleure localisation. Ils ont ensuite mené une campagne spectroscopique virtuelle : ils ont mesuré les spectres de toutes les galaxies candidates jusqu'à une magnitude apparente r=19. En appliquant une inférence bayésienne, les scientifiques ont obtenu une précision médiane de la constante de Hubble de 0,98 %. L'ensemble du travail tient en une seule nuit sur un télescope de classe DESI. Quatre heures pour tout.

Une telle précision comble l'écart entre les mesures du fond diffus cosmologique et des supernovae, réduisant ainsi la tension de Hubble. De plus, la méthode est sensible aux modifications de la gravité et aux propriétés de l'énergie noire. De futurs détecteurs comme l'Einstein Telescope transformeront des milliers de sirènes noires en un instrument de cosmographie d'une finesse extrême. Un siècle après que Lemaître et Hubble aient pour la première fois suspecté un courant cosmique, les balises gravitationnelles sont prêtes à indiquer sa vitesse exacte. Et pour cela, une seule nuit au télescope suffit.