Le 23 novembre 2023, les instruments de LIGO ont capté les ondes gravitationnelles – un signal provenant de la fusion de deux trous noirs. D'après les calculs, les trous noirs se sont révélés incroyablement lourds – 137 et 101 fois la masse du Soleil – et tournaient à une vitesse inhabituelle. Mais la forme du signal était étrange : elle ressemblait à un reflet dans un miroir déformant.
Une telle distorsion peut résulter de la courbure de l'espace-temps autour d'un corps massif – un peu comme une boule lourde qui courbe un drap tendu. La lumière ou une onde gravitationnelle, en passant à proximité, voit sa trajectoire modifiée. C'est ce qu'on appelle une lentille gravitationnelle. Si la lentille est de petite taille, elle ne crée pas simplement une copie, mais modifie la forme même du signal – cet effet est appelé microlentille gravitationnelle, ou effet de miroir déformant. Il se pourrait que GW231123 ne soit pas une fusion record, mais une fusion plus légère, dont le signal a été amplifié et déformé par une masse compacte – par exemple un trou noir errant ou un amas de matière noire invisible.
Pour y voir plus clair, les scientifiques ont comparé les deux hypothèses à l'aide de l'inférence bayésienne, une méthode statistique qui prend en compte la rareté des événements. Ils ont effectué des simulations numériques de différents types de lentilles et ont traité les données avec des algorithmes de traitement du signal. L'élément clé a été de tenir compte de la fréquence de ces lentilles dans l'Univers. Pour cela, ils ont utilisé les données sur le décalage vers le rouge de la lumière des objets lointains dû à l'expansion de l'Univers, ainsi que sur la structure à grande échelle des galaxies. Il s'est avéré que la probabilité d'obtenir une telle distorsion par hasard, en tenant compte de tous les facteurs, est inférieure à un cent-millième. Même le scénario le plus « chanceux » – une lentille constituée de matière noire en interaction – donne une probabilité inférieure à 0,1 %.
Ainsi, le miroir cosmique n'a pas trompé – la nature a bel et bien créé une paire de trous noirs aussi massive. Et cette méthode de vérification aidera les futurs observatoires à distinguer les vrais records des mirages gravitationnels.
Le retard de 22 millisecondes coïncide avec la période de l'onde au pic de fusion – c'est comme si l'écho revenait exactement au rythme du son. Une coïncidence quasi incroyable, très probablement fortuite.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, les extraterrestres utilisent une lentille gravitationnelle pour amplifier un signal ; ici, au contraire, la lentille brouille l'image, masquant la véritable nature de la source.