Dans les premiers instants de sa vie, l'Univers ressemblait à un chaudron bouillonnant. La matière n'était pas répartie uniformément — des amas et des vides s'y formaient, et leur mouvement tumultueux faisait vibrer l'espace lui-même : ondes gravitationnelles. Aujourd'hui, nous tentons de capter leurs échos — par exemple avec le réseau de radiotélescopes NANOGrav — et de les comparer aux prédictions. Pour cela, les physiciens lancent des simulations numériques sur des superordinateurs, recréant cette tempête primitive.
Mais il y a un hic. Lorsque l'on calcule directement le spectre — la distribution de l'énergie des ondes en fonction de la fréquence — à partir de la simulation, une fine ondulation apparaît aux basses fréquences. Elle ressemble à une ondulation qui n'était pas attendue. La cause n'est pas physique mais mathématique : lors de la moyenne des carrés des amplitudes, des fréquences doublées s'infiltrent dans le signal. Comme si un écho se réfléchissait sur un mur et se superposait à lui-même. Les auteurs de l'étude appellent cela des « ondulations parasites » et montrent qu'elles n'ont rien à voir avec les ondes réelles. Un tel spectre ne peut pas être montré aux observateurs — il induit en erreur.
La solution est venue d'une idée simple : il faut laisser la simulation « refroidir ». Lorsque la source des ondes — par exemple un réseau de parois de domaine (des plis hypothétiques de l'espace-temps) — disparaît, les ondes continuent de se propager dans l'Univers pendant un certain temps. Si l'on prolonge le calcul sur plusieurs temps de Hubble (périodes de doublement de la taille de l'Univers) après l'extinction de la source, les oscillations parasites s'estompent d'elles-mêmes. Les physiciens ont vérifié cela avec le code CosmoLattice, en modélisant justement un réseau de parois de domaine. La simulation prolongée a permis de retrouver la pente infrarouge réelle et lisse du spectre — celle qui porte la mémoire de l'étape la plus tumultueuse de la naissance des ondes.
Les auteurs mettent en garde : l'étirement artificiel des équations à l'aide de la technique bien connue de Press–Riddick–Spergel (PRS) n'est pas approprié ici. Elle donne des spectres incorrects, même si l'on renormalise soigneusement les sources. Seule une continuation physique honnête du calcul, qui a pris quelques temps de Hubble supplémentaires, fait apparaître le vrai signal. La méthode est assez universelle et s'applique à tout modèle numérique de sources hypothétiques d'ondes gravitationnelles dans l'Univers primordial.
Un réseau de parois de domaine est constitué de « rides » hypothétiques de l'espace-temps qui auraient pu se former lors du refroidissement de l'Univers, lorsqu'il a traversé des transitions de phase, un peu comme l'eau se transforme en glace.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, un signal extraterrestre contient le plan d'une machine qui utilise les ondes gravitationnelles pour voyager à travers l'espace-temps.