La lumière du quasar J0744+2052 a voyagé près de 12 milliards d’années jusqu’à nous. En chemin, elle a rencontré des nuages d’hydrogène qui ont arraché au spectre certaines raies, à la manière d’un peigne qui élimine des fréquences fines. Les astronomes appellent cette structure la forêt Lyman-alpha. Mais dans ce chaos apparent, un ordre inattendu s’est révélé. Comme l’écho d’une explosion depuis longtemps éteinte, une taille caractéristique s’est figée dans la distribution des raies : environ 30 kiloparsecs, soit le diamètre de la Voie lactée.
L’événement lui-même évoquait un coup de tonnerre : l’expansion rapide des bulles ionisées – à environ 10 km/s – a poussé le gaz intergalactique, le comprimant jusqu’à des échelles de 40 kiloparsecs. Après le passage du front, les gradients de pression ont uniformisé la densité, laissant une « mémoire » du choc thermique. Cette échelle de lissage par la pression est l’empreinte acoustique de la réionisation. Dans les simulations Sherwood-Relics, où l’on faisait varier le moment de la fin de la réionisation et la quantité d’énergie injectée, les chercheurs ont observé un pic net dans le spectre de puissance des vitesses particulières du gaz. C’est ce pic qu’ils ont cherché dans les données réelles.
La clé de la découverte a été l’analyse du spectre du flux des quasars tiré des travaux de Boera et al. (2019) à des décalages vers le rouge compris entre 4.2 et 5.0. À l’aide d’un modèle empirique, ils en ont extrait la position du pic et obtenu des estimations directes de l’échelle de lissage : à z=4.2, elle dépasse 33.78 kiloparsecs, à z=4.6, elle est de 32.36 ± 8.35 kiloparsecs, et à z=5.0, de 31.27 ± 18.28 kiloparsecs. Ces chiffres coïncident de façon frappante avec les prédictions indirectes issues de la théorie et de la modélisation.
Jusqu’à présent, on jugeait l’histoire thermique de la réionisation de manière indirecte, par la suppression globale des fluctuations à petite échelle dans le spectre. Nous disposons désormais d’une caractéristique acoustique concrète, un diapason indépendant qui permettra de calibrer l’ensemble de l’analyse de la forêt Lyman-alpha. Cela réduit considérablement les incertitudes dans la recherche de particules légères de matière noire : leur propre influence sur les petites échelles était difficile à distinguer des effets thermiques.
L’Univers primordial a résonné – et son écho, gravé dans les raies d’absorption, commence seulement à nous parler du premier milliard d’années. Entendre cet écho directement, en mesurer le volume et la tonalité, c’est tenir la clé de l’une des époques les plus obscures. Les nouveaux relevés spectroscopiques, comme DESI et WEAVE, promettent d’accroître la précision d’un facteur dix, et alors la cacophonie des premières bulles se transformera en un signal clair.
Le modèle des sphères en expansion utilisé par les auteurs a reproduit le pic acoustique dans les simulations avec une précision étonnante, malgré sa simplicité. L’Univers après la réionisation était rempli d’environ 11 bulles par mégaparsec cube, gonflant à la vitesse du son – environ 10 km/s. Leur effet cumulé produit le « tintement » que l’on détecte.