Dans les premières fractions de seconde après le Big Bang, l'Univers a connu l'inflation, une expansion fulgurante qui a lissé toutes les irrégularités. Mais parmi cette glace cosmique, une note « fausse » aurait pu se glisser : les oscillations quantiques du champ d'axions. Ces particules fantômes sont l'un des principaux candidats pour la matière noire, et leur musique peut en dire long sur le chef d'orchestre, l'inflation elle-même.
Une équipe de physiciens, menée par des chercheurs d'Oxford, a pris le scénario le plus général : l'axion naît avant l'inflation, son spectre de perturbations est invariant d'échelle (c'est-à-dire indépendant de la taille de la région), et sa contribution à la matière noire peut être quelconque. Ils n'ont pas spéculé, mais ont rigoureusement dérivé comment ces perturbations se transforment en inhomogénéités de densité, ce qu'on appelle l'isocourbure. Il s'avère que si les axions constituent toute la matière noire, l'inflation a été étonnamment « silencieuse » : son échelle d'énergie ne dépassait pas 10 milliards de gigaélectronvolts. Pour comparaison, c'est un milliard de fois moins que l'énergie atteinte au Grand collisionneur de hadrons. Et si l'axion s'était initialement écarté de son minimum ne serait-ce qu'un tout petit peu, la contrainte devient encore plus stricte, jusqu'à 20 millions de gigaélectronvolts.
En reliant ces données aux observations du fond diffus cosmologique (la lumière ancienne laissée par le Big Bang), les auteurs ont obtenu un résultat inattendu. Pour ne pas perturber l'image que voient des télescopes comme Planck, le champ inflationnaire a dû rouler extrêmement doucement, presque sur un fond plat. Une telle hiérarchie — une pente minuscule et une courbure énorme — apparaît naturellement dans les modèles hybrides ou les scénarios avec un point d'inflexion. En d'autres termes, le chef d'orchestre cosmique n'a pas simplement agité sa baguette, il a exécuté un pizzicato des plus complexes, où chaque note était réglée avec une précision incroyable.
Si l'énergie de l'inflation avait été ne serait-ce qu'un peu supérieure à la limite calculée, le fond diffus cosmologique serait aujourd'hui complètement différent, peut-être sans galaxies ni étoiles.
Dans le roman « Blindsight » de Peter Watts, la vie extraterrestre utilise des champs ressemblant à des axions pour communiquer de manière invisible — ironie du sort, nous pourrions nous-mêmes être entourés d'un orchestre « sombre » de telles particules.