Pendant les premières centaines de millions d'années après le Big Bang, l'univers était sombre : les étoiles n'existaient pas encore, et l'espace était rempli d'hydrogène froid. Ce gaz émet des ondes radio de 21 centimètres de longueur d'onde — comme un murmure discret qui nous parvient à travers 13 milliards d'années. Mais d'autres sources font du vacarme à côté : les galaxies, les restes d'étoiles explosées, le bruit des instruments. Elles sont des milliers de fois plus fortes et couvrent l'hydrogène.
Pour entendre ce murmure, les astronomes le comparent à une carte des galaxies. Les galaxies et l'hydrogène se rassemblent aux mêmes endroits — là où il y a plus de matière. Habituellement, on cherche la corrélation par paires : on prend deux points et on regarde à quel point ils se ressemblent. Mais le signal de l'hydrogène est plus complexe : sa luminosité varie en taches qui ne peuvent pas être décrites par de simples paires. La nouvelle méthode, appelée kNN CDF, ne regarde pas les paires, mais des constellations entières de voisins — combien de points proches autour de chacun. C'est comme comparer non pas deux voix, mais un chœur entier.
Le test sur des données artificielles a montré : la nouvelle approche détecte la corrélation même lorsque les interférences sont fortes, alors que l'ancienne méthode échoue. De plus, elle distingue les scénarios de la manière dont les premières étoiles ont allumé et ionisé le gaz. Pour une même fraction d'hydrogène ionisé, deux modèles peuvent donner les mêmes corrélations par paires, mais des motifs de voisinage différents. Cela signifie que nous pouvons apprendre non seulement « quand », mais aussi « comment » l'univers est sorti de l'obscurité.
Ainsi, le murmure des premières étoiles devient plus audible. En le comparant à la carte des galaxies avec cette nouvelle méthode, nous pouvons entendre des détails qui se noyaient auparavant dans le bruit.
L'onde de 21 centimètres apparaît lorsque l'électron d'un atome d'hydrogène retourne spontanément son spin — cela se produit en moyenne une fois tous les 11 millions d'années pour un atome, mais l'hydrogène est si abondant que le signal reste perceptible.
Dans le roman de Stanislas Lem « La Voix du maître », des scientifiques tentent de déchiffrer un mystérieux signal venu de l'espace, noyé dans le bruit — une lutte similaire contre les interférences se joue aussi dans la recherche du rayonnement à 21 centimètres.