La lumière du quasar J0744+2052 a mis près de 12 milliards d'années pour nous parvenir. En chemin, elle a traversé des nuages d'hydrogène qui ont mordu dans son arc-en-ciel, y découpant d'étroites bandes sombres — comme un peigne aux dents serrées. Les astronomes appellent cette figure la forêt Lyman-alpha. Mais dans ce peigne bien fourni, une « dent » était nettement plus large que les autres. C'est elle qui a révélé le secret de l'Univers primordial.
Il y a environ 13 milliards d'années, les premières étoiles se sont allumées. Leur puissant rayonnement a déclenché la réionisation, un processus qui a de nouveau ionisé l'hydrogène neutre. Autour des étoiles, d'immenses bulles de gaz intergalactique chaud et transparent se sont développées. Ces bulles gonflaient et se percutaient, comme une multitude de ballons qui se gonflent, engendrant des ondes sonores. Ces ondes ont lissé la densité du gaz jusqu'à une échelle unique — tout comme les vagues laissent sur le sable un réseau régulier d'ondulations.
Dans une nouvelle étude, les scientifiques ont analysé les spectres de plusieurs quasars lointains à différents décalages vers le rouge, c'est-à-dire à différentes distances de nous. Ils ont appliqué un modèle et en ont dégagé l'échelle caractéristique de lissage. À la distance correspondant à il y a 12 milliards d'années, cette échelle valait environ 31 kiloparsecs, et plus près de nous, 34 kiloparsecs. Pour donner une idée, c'est à peu près le diamètre de la Voie lactée.
Cette échelle sert en quelque sorte de diapason pour l'histoire du réchauffement de l'Univers. Elle ne dépend d'aucune autre hypothèse et permet de calibrer très précisément l'analyse de la forêt Lyman-alpha. Auparavant, on ne jugeait du réchauffement que par l'atténuation générale des petits détails, mais désormais on peut mesurer directement la température du gaz. Et, fait important, cette méthode aide à distinguer les effets thermiques de l'influence de la matière noire : les particules légères de matière noire lissent elles aussi les inhomogénéités, mais à d'autres échelles.
Ainsi, la lumière qui a voyagé 12 milliards d'années à travers l'expansion de l'Univers nous a apporté le son du matin cosmique — et nous commençons tout juste à l'écouter.
Un modèle simple, où les bulles sont représentées par des sphères en expansion uniforme, a coïncidé avec les données avec une précision étonnante. Après la réionisation, dans un cube d'une dizaine de galaxies de côté, nageaient en moyenne 11 de ces bulles, gonflant à la vitesse du son.