Une casserole de soupe bouillante qui se met soudain à refroidir à toute allure — voilà à quoi ressemblait l'Univers quelques minutes après le Big Bang. La température chutait, et les protons et les neutrons commençaient à s'agglutiner pour former les premiers noyaux : hydrogène, hélium, deutérium et lithium. Ce processus s'appelle la nucléosynthèse primordiale, et ses résultats sont comme un livre de recettes. En sachant quelle quantité de chaque ingrédient a été produite, on peut vérifier si l'on comprend bien la recette de l'expansion.
Mais que faire si une coquille s'est glissée dans le livre ? Les auteurs de l'étude ont testé trois modèles cosmologiques où l'entropie (mesure du désordre) de l'horizon de l'Univers se comporte de manière non standard. L'horizon est une frontière imaginaire au-delà de laquelle nous ne pouvons pas voir, car la lumière qui en provient ne nous est pas encore parvenue. Dans ces nouveaux modèles, son entropie croît plus vite ou plus lentement que d'habitude, ce qui implique que le rythme de l'expansion devrait également changer. Pour vérifier que cela ne perturbe pas l'Univers primordial, les scientifiques ont calculé comment varie la température de gel des neutrons — le moment où les réactions qui les impliquent ralentissent brusquement — et quelle quantité d'hélium et de deutérium se forme ensuite.
Les contraintes venant de l'hélium et du deutérium se sont avérées plutôt souples — presque toutes les variantes passent. En revanche, la température de gel des neutrons élimine les hypothèses les plus audacieuses, ne laissant qu'un étroit couloir de valeurs admissibles. Le lithium, comme toujours, fait bande à part : sa quantité observée dans les vieilles étoiles est inférieure aux prédictions, et cette énigme — le « problème cosmologique du lithium » — n'est toujours pas résolue. Mais les nouveaux modèles ne l'aggravent pas.
Venons-en à la principale surprise. Les paramètres dont ces modèles ont besoin pour expliquer l'expansion accélérée actuelle de l'Univers (ce que nous appelons énergie noire) se sont révélés se situer dans la zone autorisée. En d'autres termes, le même réglage fonctionne à la fois pour la soupe brûlante des premières minutes et pour la fuite froide des galaxies aujourd'hui. C'est comme si une seule clé ouvrait à la fois la porte d'entrée et le coffre-fort — une coïncidence rare et précieuse qui témoigne de la cohérence interne des modèles.
Ainsi, la balance de cuisine de la nucléosynthèse primordiale confirme : la recette avec une entropie d'horizon modifiée ne gâche pas le plat. On peut donc explorer plus sereinement comment ces idées se manifesteront à d'autres époques cosmiques.
Le deutérium est un « hydrogène poids lourd » : son noyau est constitué d'un proton et d'un neutron. Il est si fragile qu'il brûle presque entièrement dans les étoiles, et tout ce que nous voyons aujourd'hui est un vestige de la nucléosynthèse primordiale, épargné par le recyclage stellaire.