Une étude, dont les résultats intitulés «The NANOGrav 12.5 yr Data Set: Wideband Timing of 47 Millisecond Pulsars» sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal Letters, et disponibles en pdf, a permis en mettant à profit la population de pulsars détectés dans la Voie lactée de pousser d'un cran le développement de l'astronomie des ondes gravitationnelles.

Relevons tout d'abord que, depuis environ 16 ans, des chercheurs ont pris au sérieux la possibilité de détecter, avant la mission spatiale eLISA de l'ESA, «les ondes gravitationnelles à très basse fréquence (∼1-100 nHz) produites par des populations de paires de trous noirs supermassifs» qui «doivent se former à l'occasion de fusions de grandes galaxies conduisant, par la force de friction gravitationnelle du gaz d'étoiles dans ces galaxies sur leurs trous noirs supermassifs», à ce que ces trous noirs «tombent l'un vers l'autre au cœur des galaxies nouvellement formées par la fusion».

Du fait que «ces astres peuvent contenir des masses de quelques millions à quelques milliards de masses solaires en moyenne, ils produisent en couple un important rayonnement d'ondes gravitationnelles». Cependant, «comme ils sont considérablement plus distants les uns des autres que dans le cas des paires de trous noirs stellaires détectées par LIGO et Virgo, les périodes orbitales sont nettement plus longues selon les lois de Kepler de sorte que le début du signal produit se fait effectivement dans une bande de très basses fréquences», qui ne seront vraiment détectables qu'avec eLISA.

Ainsi, «un réseau de pulsars millisecondes devrait permettre de détecter à ces basses fréquences non seulement le fond stochastique d'ondes gravitationnelles résultant de la superposition des émissions de nombreuses paires de trous noirs supermassifs dans l'Univers observable mais peut-être aussi à ces fréquences les émissions de cordes cosmiques, ou celles résultant de processus cosmologiques très primitifs, comme des transitions de phases dans certains scénarios inflationnaires».

Concrètement, «lorsqu'une puissante onde gravitationnelle passe dans le Système solaire, elle doit compresser et étirer alternativement l'espace, de sorte que des ondes radio voyageant à la vitesse de la lumière et issues de pulsars vont mettre moins ou plus de temps respectivement pour atteindre un radiotélescope sur Terre» de sorte que «si l'on mesure les signaux de plusieurs dizaines de pulsars millisondes, on devrait avoir une distorsion bien précise des temps d'arrivée des impulsions radio de ces astres».

Dans ce contexte, partant de l'idée que «si l'on s'y prend bien», on doit «pouvoir mettre en évidence le passage des ondes gravitationnelles à très basses fréquences du fond stochastique d'ondes gravitationnelles», l'étude ici présentée annonce «qu'en analysant presque 13 années de données collectées avec le radiotélescope d'Arecibo mais aussi celui de Green Bank, et concernant 45 pulsars», un signal qui ressemble «à celui attendu en ce qui concerne les ondes gravitationnelles des trous noirs supermassifs» semble s'esquisser.

S'il en est ainsi, c'est un exploit, car, d'une part, «les écarts que l'on cherche à mesurer sur des temps d'arrivée sont de l'ordre de quelques centaines de nanosecondes et se produisent sur des échelles de temps de plusieurs années» et, d'autre part, il faut «tenir compte de bien des perturbations, tant dans le Système solaire qu'au niveau des pulsars pour écarter raisonnablement des effets imitant le passage des ondes gravitationnelles».

Au bout du compte, «ces premiers indices alléchants d'un fond stochastique gravitationnel suggèrent que les trous noirs supermassifs fusionnent probablement et que nous flottons dans une mer d'ondes gravitationnelles ondulant à partir de fusions de trous noirs supermassifs dans les galaxies à travers l'Univers» sans pouvoir encore affirmer qu'il s'agit vraiment du fond des ondes gravitationnelles recherché.