Les ondes gravitationnelles fortement lentillées offrent une nouvelle façon de mesurer le dipôle cosmique
L’univers semble presque identique dans toutes les directions, presque. Une subtile asymétrie connue sous le nom de dipôle cosmique révèle que la Terre se déplace à travers le cosmos à environ 370 kilomètres par seconde par rapport au fond diffus cosmologique (CMB). Mais depuis des années, les mesures de ce dipôle provenant du CMB et des comptages de galaxies radio lointaines divergent, soulevant la question de savoir si notre image cosmologique standard ne manque pas d’un élément fondamental.
Une nouvelle étude d’Anson Chen et Jun Zhang, publiée sur le serveur de prépublication arXiv en juillet 2026, propose une manière entièrement indépendante de trancher la question : utiliser les ondes gravitationnelles (OG) fortement lentillées, associées aux relevés de galaxies. Les travaux prévoient que les détecteurs de nouvelle génération pourraient mesurer le dipôle cosmique avec une précision suffisante d’ici une décennie pour distinguer les interprétations concurrentes.
L’anomalie du dipôle cosmique
Le dipôle du CMB est la plus grande anisotropie du ciel micro-onde, et il est interprété sans ambiguïté comme un décalage Doppler causé par le mouvement du Système solaire à travers l’univers. Le modèle cosmologique standard prédit que le dipôle observé dans la distribution de la matière (par exemple, les comptages de galaxies radio et de quasars) devrait correspondre au dipôle du CMB tant en direction qu’en magnitude, après prise en compte des mêmes effets cinématiques.
Ce n’est pas le cas. Les mesures issues des catalogues de galaxies radio trouvent systématiquement un dipôle deux à cinq fois plus grand que celui impliqué par le CMB. Un article de colloque de 2025 dans Reviews of Modern Physics par Secrest, von Hausegger, Rameez, Mohayaee et Sarkar a estimé l’écart à plus de 5 sigma, le qualifiant de défi sérieux aux fondements de la cosmologie moderne.
Ce désaccord pourrait signifier que l’univers n’est pas vraiment isotrope à grande échelle, violant le principe cosmologique qui sous-tend le modèle standard Lambda-CDM. Ou il pourrait pointer vers des systématiques subtiles dans les données radio. Ce dont les cosmologistes ont besoin, c’est d’une sonde complètement indépendante, avec des sources d’erreur systématique différentes.
Les ondes gravitationnelles entrent en scène
L’astronomie des ondes gravitationnelles a déjà révolutionné l’étude des trous noirs et des étoiles à neutrons. Les chercheurs se demandent désormais si elle peut aider la cosmologie. Des travaux antérieurs de Mastrogiovanni et al. en 2022 ont montré que le dipôle de comptage des détections ordinaires d’OG provenant de fusions binaires pourrait être mesuré par le futur Télescope Einstein (ET) et Cosmic Explorer (CE), mais nécessitaient des millions d’événements, soit potentiellement une décennie ou plus d’observation.
Chen et Zhang, tous deux à l’Université de l’Académie chinoise des sciences, adoptent une approche différente. Au lieu de compter les événements OG ordinaires, ils se concentrent sur le sous-ensemble plus rare mais plus riche en informations : les ondes gravitationnelles qui ont été fortement lentillées par des galaxies intermédiaires.
Lorsqu’une galaxie massive se trouve entre la Terre et une binaire de trous noirs en fusion, sa gravité déforme l’espace-temps et divise le signal OG en plusieurs copies, chacune arrivant à un moment légèrement différent. Ces événements à images multiples transportent une information riche. À partir de la seule forme d’onde, on peut déduire les distances de luminosité à la fois de la lentille et de la source. En associant ces systèmes à des galaxies hôtes identifiées dans les relevés optiques (comme le Legacy Survey of Space and Time de l’Observatoire Vera C. Rubin), les décalages vers le rouge de la lentille et de la source deviennent connus.
Cette combinaison de distances et de décalages vers le rouge est extrêmement sensible au dipôle cosmique. Le dipôle s’imprime sur les distances de luminosité inférées, les distances diamétrales angulaires dans le modèle de lentille, et le nombre observé d’événements en fonction de la position dans le ciel. En modélisant tous ces effets simultanément, un échantillon statistique d’événements OG lentillés peut contraindre la magnitude et la direction du dipôle aux côtés des paramètres cosmologiques standard comme la constante de Hubble.
Prévisions pour les détecteurs de nouvelle génération
L’étude a simulé des observations réalistes avec les observatoires d’OG de troisième génération prévus : le Télescope Einstein européen et Cosmic Explorer basé aux États-Unis, fonctionnant ensemble comme un réseau mondial. En utilisant le modèle de lentille SIS (Singular Isothermal Sphere) et en tenant compte du fait qu’environ 70 % des événements fortement lentillés sont doublement imagés, Chen et Zhang ont exécuté des milliers de réalisations de données simulées.
Les résultats sont prometteurs. Avec 10 ans d’observations ET-CE, la magnitude g du dipôle pourrait être contrainte à g = (2,45 +1,53 −1,28) × 10^{-3} dans le scénario le plus optimiste. Ce niveau de précision est suffisant pour détecter un dipôle cohérent avec soit le CMB, soit les valeurs plus élevées du comptage de galaxies radio.
Les auteurs ont constaté que la combinaison des contraintes des événements doublement imagés avec celles des événements triplement et quadruplement imagés (qui permettent une reconstruction plus précise du modèle de lentille) affine considérablement la mesure. Même dans des scénarios moins optimistes, la méthode fournit un recoupement indépendant significatif.
« Bien que difficile, les OG fortement lentillées offrent une approche novatrice pour mesurer le dipôle cosmique, fournissant un test de cohérence indépendant avec des systématiques différentes de celles des sondes électromagnétiques », écrivent les auteurs.
Une nouvelle fenêtre sur l’anisotropie cosmique
Le lentillage gravitationnel fort des ondes gravitationnelles n’a pas encore été observé de manière définitive, mais la théorie prédit qu’ET et CE devraient détecter des dizaines de tels événements par an. Les méthodes pour les identifier s’améliorent régulièrement. Une étude de 2025 par Liu et Liao a montré que l’incorporation de priors positionnels issus du catalogue de lentilles de galaxies Euclid pourrait multiplier par un ordre de grandeur la confiance dans l’identification du lentillage.
L’étude de Chen et Zhang ajoute une raison supplémentaire de s’enthousiasmer pour les OG lentillées : elles ne sont pas seulement des outils pour mesurer la constante de Hubble ou tester la relativité générale. Elles offrent également une prise gravitationnelle sur l’une des énigmes les plus persistantes de la cosmologie.
Si le dipôle mesuré par les OG lentillées correspond à la valeur du CMB, cela renforcerait la thèse selon laquelle le dipôle des galaxies radio est gonflé par des effets systématiques inconnus. S’il correspond plutôt au dipôle radio plus grand, cela suggérerait que l’interprétation du CMB elle-même nécessite une révision, pointant peut-être vers un univers véritablement anisotrope ou une origine plus exotique du dipôle du CMB.
Dans un cas comme dans l’autre, la réponse pourrait venir non pas de télescopes plus puissants observant davantage de galaxies, mais des échos subtils de trous noirs en collision, déformés par la gravité et divisés en images multiples, portant un message sur le mouvement de toute chose à travers le cosmos.
Traduit par Lydie
Reference : Anson Chen and Jun Zhang, « Prospect of Measuring the Cosmic Dipole by Associating Strongly Lensed Gravitational Waves with Galaxy Surveys », arXiv:2605.19476 (2026).
Related : N. Secrest et al., « Colloquium: The Cosmic Dipole Anomaly », Rev. Mod. Phys. 97, 041001 (2025), arXiv:2505.23526.
Coverage note : Cet article a été rédigé à partir de la prépublication arXiv:2605.19476 et de recherches complémentaires dans la couverture médiatique et la littérature connexe. Aucun média n’avait encore couvert cet article spécifique au moment de la rédaction.