Bien avant l'apparition des étoiles, l'Univers était rempli d'hydrogène froid. Ce gaz sait « chanter » – émettre des ondes radio d'une longueur de 21 centimètres. Lorsque les premières étoiles et galaxies se sont allumées, leur lumière ultraviolette a commencé à arracher les électrons des atomes d'hydrogène, transformant le gaz neutre en gaz ionisé. Le chant de l'hydrogène a commencé à s'estomper, mais pas partout à la fois, plutôt par taches – là où la lumière était plus abondante.
Ces taches ont grandi, se sont fusionnées les unes aux autres, et à un certain moment, de bulles éparses s'est formé un réseau unique de gaz ionisé. Cette transition est appelée percolation – comme si l'eau s'était infiltrée à travers les fissures d'une roche et s'était soudainement réunie en un seul flux. Le moment où cela se produit est très sensible à la nature des sources de lumière qui se sont allumées en premier : une multitude de petites galaxies ou des trous noirs rares mais brillants.
Les auteurs de la nouvelle étude ont pris en compte le fait que nous observons l'Univers non pas de l'extérieur, mais de l'intérieur, et que la lumière des objets lointains met des milliards d'années à nous parvenir. Par conséquent, nous ne voyons pas un moment unique, mais tout un « saucisson » d'époques différentes, enfilées sur la ligne de visée. Il s'est avéré que cet effet brouille légèrement l'image de la percolation, mais si l'on prend une portion de ciel suffisamment large, on peut reconstituer le véritable moment de la fusion des bulles. Cela aidera à distinguer les scénarios où l'Univers a été ionisé par de petites galaxies de ceux où les trous noirs ont joué le rôle principal.
Ainsi, en écoutant le doux murmure radio de l'hydrogène, les astronomes espèrent entendre l'écho du tout premier lever de soleil – le moment où l'Univers s'est rempli de lumière pour la première fois.
La longueur d'onde de 21 centimètres n'est pas un hasard : elle est des milliards de fois plus grande que la taille de l'atome d'hydrogène lui-même, c'est pourquoi ces ondes radio ne sont presque pas absorbées par la poussière cosmique et peuvent révéler les recoins les plus lointains de l'Univers.