Задолго до появления звёзд Вселенная была заполнена холодным водородом. Этот газ умеет «петь» — испускать радиоволны длиной 21 сантиметр. Когда зажглись первые звёзды и галактики, их ультрафиолетовый свет стал отрывать электроны от атомов водорода, превращая нейтральный газ в ионизированный. Песня водорода начала затихать, но не везде сразу, а пятнами — там, где света было больше.
Эти пятна росли, сливались друг с другом, и в какой-то момент из разрозненных пузырей образовалась единая сеть ионизированного газа. Такой переход называют перколяцией — как будто вода просочилась сквозь трещины в камне и вдруг соединилась в один поток. Момент, когда это происходит, очень чувствителен к тому, какие именно источники света зажглись первыми: множество маленьких галактик или редкие, но яркие чёрные дыры.
Авторы нового исследования учли, что мы смотрим на Вселенную не снаружи, а изнутри, и свет от далёких объектов идёт до нас миллиарды лет. Поэтому мы видим не один момент времени, а целую «колбасу» из разных эпох, нанизанных на луч зрения. Оказалось, что этот эффект немного смазывает картину перколяции, но если взять достаточно широкий кусок неба, то можно восстановить истинный момент слияния пузырей. Это поможет отличить сценарии, в которых Вселенную ионизировали маленькие галактики, от тех, где главную роль играли чёрные дыры.
Так, наблюдая за тихим радиошёпотом водорода, астрономы надеются услышать эхо самого первого рассвета — времени, когда Вселенная впервые наполнилась светом.
Длина волны 21 сантиметр — это не случайность: она в миллиарды раз больше размеров самого атома водорода, поэтому такие радиоволны почти не поглощаются космической пылью и могут рассказать о самых далёких уголках Вселенной.