En 10⁻³⁵ seconde après le Big Bang, la partie la plus fulgurante s'est jouée. L'espace s'est dilaté plus vite que la lumière — c'est l'inflation. Presque toute la partition était interprétée par un seul champ, l'inflaton, qui dirigeait le tempo et la tonalité. Mais à la toute fin, alors que l'inflation s'apaisait, d'autres acteurs ont pu brièvement se réveiller — les champs de jauge chargés. Leur solo a duré un instant, mais a laissé une trace.
Cette trace, c'est une ondulation dans le tissu de l'espace, les ondes gravitationnelles. D'habitude, elles naissent de catastrophes comme la fusion de trous noirs. Ici, le mécanisme est plus subtil : les inhomogénéités de densité laissées par l'inflation deviennent elles-mêmes une source d'ondes. Comme un orchestre après une note forte : les vibrations se propagent en écho ; de même, les surdensités primordiales, en entrant sous l'horizon, font vibrer l'espace.
Les auteurs de la nouvelle étude montrent que ce solo chargé a une signature particulière. Ils ont introduit deux nombres sans dimension : e_μ et $e_M$. Le premier reflète la force de l'interaction, le second l'énergie du champ. Lorsque ces paramètres varient, le pic principal du spectre des ondes ne se déplace pas simplement, il saute d'un mode à l'autre. Pour les champs neutres, rien de tel : le pic glisse doucement, comme un musicien qui déplace un capodastre sur le manche.
L'effet provient de ce qu'on ignore habituellement — la composante longitudinale du champ. Dans un plasma chargé, elle devient prépondérante et change tout le tableau. Jim Peebles, qui a construit la théorie des perturbations primordiales, avait prévu que les subtilités pouvaient en dire long. C'est précisément cette subtilité qui entre en scène ici.
Les détecteurs d'ondes en gigahertz, basés sur des résonateurs électromagnétiques, sont encore en cours de conception. Mais lorsqu'ils fonctionneront, ils pourront capter ce murmure du passé. Et alors, dans les données, apparaîtra cet accord électrique — un solo bref et incisif joué dans la finale de la symphonie inflationnaire. Ses modulations révéleront quelles forces ont dirigé la naissance de notre monde.
Si une onde gravitationnelle de fréquence 1 GHz pouvait être détectée, sa longueur d'onde serait de 30 centimètres — une telle onde pourrait littéralement être « capturée » dans un résonateur de la taille d'un livre.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, un signal extraterrestre contenait des modulations indiquant une origine artificielle. Les oscillations dans le spectre des ondes gravitationnelles issues de l'inflation chargée — bien que naturelles — rappellent une telle « modulation », mais elles décodent les lois de la physique, et non un message d'une intelligence extraterrestre.