En septembre 2015, deux faisceaux laser de quatre kilomètres ont été comprimés d'un millième de la taille d'un proton : les détecteurs LIGO captaient pour la première fois une onde gravitationnelle. Sa source était la fusion de deux trous noirs à 1,3 milliard d'années-lumière de nous. Depuis, des centaines de tels signaux ont été captés, et chacun est un code : à partir de la forme de l'onde, les astrophysiciens reconstituent les masses, les rotations et les trajectoires des géants qui sont entrés en collision.

Mais le décodage exige de comparer avec des millions de modèles. Ces modèles sont obtenus en résolvant les équations d'Einstein sur des supercalculateurs — un tel calcul peut prendre une semaine, même pour un seul scénario. C'est pourquoi des substituts ont été créés : des modèles approximatifs rapides. Cependant, eux aussi commencent à ralentir lorsque les détecteurs de nouvelle génération enregistreront un événement toutes les quelques minutes.

Les auteurs de ces travaux ont transformé le problème en une partition orchestrale. Au lieu d'un seul calcul lourd, ils ont décomposé l'onde en 25 « instruments » : la fréquence orbitale, la rotation de l'ensemble du système, les spins de chaque trou noir et 21 harmoniques — les modes gravitationnels — sont prédits séparément. Chaque élément est pris en charge par son propre petit réseau de neurones. C'est un chef d'orchestre numérique : il distribue les parties, puis les assemble en une sonorité unique — l'onde gravitationnelle finale.

L'onde ainsi assemblée est pratiquement indiscernable de la référence de relativité numérique. Sur 10 000 systèmes de test, l'écart n'était que de 8×10^(-5) — cent fois plus petit que l'erreur intrinsèque du substitut original. Sur un processeur graphique, un modèle est généré en 1 milliseconde. En traitement par lots de 64 signaux, l'accélération atteint 140 fois.

Le principal gain n'est pas seulement la vitesse, mais aussi la différentiabilité de toute la chaîne. Cela permet d'appliquer des méthodes d'estimation de paramètres par gradient, qui étaient auparavant inaccessibles pour l'analyse des ondes gravitationnelles. Un événement typique comme GW150914 est maintenant traité en quatre heures au lieu d'une journée, et le résultat coïncide avec la référence dans la marge d'erreur.

Il est déjà clair que le chef d'orchestre numérique maîtrise la partition aussi bien que les monstres de calcul, mais avec une aisance déconcertante. Lorsque les détecteurs capteront à nouveau les frémissements de l'espace-temps — comme en septembre 2015 — le décodage prendra non plus des jours, mais des minutes. Et alors, l'astronomie commencera à entendre la voix de l'Univers en temps réel.