19 janv. 2022

Quand l'Univers prendra-t-il fin ?

S’il est possible que l’Univers dure éternellement, il est presque certain que les structures qu’il contient ne soient pas éternelles. Il arrivera un moment où les galaxies comme la nôtre, seront déchiquetées et disparaîtront après une longue et froide agonie, ou alors s’effondreront dans une sorte de Big Bang inversé.

Laquelle de ces fins l’Univers connaîtra-t-il ? Cela dépend de plusieurs paramètres, mais notamment de la nature de l’énergie noire, cette mystérieuse force s’opposant à la gravitation.

Les deux premières hypothèses

Jusqu’à dans les années 1990, les cosmologistes avançaient l’hypothèse que le taux d’expansion de l’Univers ralentissait par l’effet de la gravitation, c’est-à-dire que son propre poids l’empêche de grandir à vitesse constante.

Leurs calculs aboutissaient ainsi à deux scénarios :

Avec une densité supérieur ou égale à une valeur critique, la gravitation finirait par arrêter l’expansion de l’Univers, et celui-ci s’effondrerait sur lui-même : C’est le Big Crunch (grand effondrement).

À l’inverse, avec une densité masse énergie inférieure ou égale à cette même valeur critique, l’Univers poursuivrait infiniment son expansion. Cette expansion serait toutefois progressivement ralentie par la gravitation. Dans ce cas, l’Univers périrait dans une longue et froide agonie : c’est le Big Chill (grand refroidissement).

Ces deux premiers scénarios étaient possible à une époque où les avancées de la physique ne permettaient pas aux chercheurs de proposer l’existence d’autres hypothèses. Mais plus récemment, les progrès fait dans ce domaines nous ont permis de concevoir deux autres scénarios possible, en plus des deux existants, mais avant de les détailler, il faut comprendre le principe d’énergie noire.

Les découvertes récentes résultent de l’étude de supernovæ dans les galaxies lointaines. Très concrètement, il existe un processus qui nous permet de retrouver le taux d’expansion de l’Univers à partir des distances de ces supernovæ.

Ces calculs nous montrent que le taux d’expansion de l’Univers s’accélère, et qu’une force inconnue s’oppose à la gravitation : les chercheurs l’on nommé « énergie noire ». En somme, cette énergie pousse l’Univers à grossir plus vite, alors qu’il aurait tendance à ralentir du fait de sa taille.

Notre univers, il y a environ 3,7 milliards d’années, satellite européen Planck, 2013

Le destin de l’Univers tient finalement en quatre scénarios

C’est cette énergie noire qui nous permet d’imaginer les nouveaux destins de l’Univers. Les deux précédents restent donc valides mais nous y rajoutons ce principe :

Le Big Chill : Si la densité de l’Univers est proche de la valeur critique ou à peine inférieure, et si les effets de l’énergie noire s’atténuent, l’Univers poursuivra son expansion mais en se ralentissant indéfiniment. De la même manière qu’expliqué précédemment, l’Univers périra dans une longue et froide agonie.

Le Big Chill modifié : Si les effets de l’énergies noire demeurent tels qu’aujourd’hui, l’Univers connaîtra une expansion accélérée. Donc toutes les structures de l’Univers qui ne sont pas lié par la gravitation se disperseront à une vitesse devenant supérieur à celle de la lumière. Ce scénario aboutit à un Big Chill.

Le Big Rip : Si les effets de l’énergie noire augmentent, elle pourrait devenir supérieure à toutes les forces fondamentales. Dans ce cas, l’Univers se désintègrerait dans une « grande déchirure » (big rip). Dans ce scénarios (de 0 à 30 milliards d’années), les galaxies se déchirerait, entrainant l’explosion de toutes les étoiles et planètes en seulement quelques mois. Le temps s’arrêterait.

Le Big Crunch : Dans cette nouvelle version de l’apocalypse, l’Univers s’effondre en une singularité infiniment chaude et dense, un peu comme un big bang inversé. Ce scénario est très peu probable, il faudrait une inversion des effets de l’énergie noire, mais ce ne sera pas avant des dizaines de milliards d’année.

Le destin de l’Univers, c’est aussi le nôtre

Si l’Univers a pour destin un Big Chill, et c’est le plus probable, son agonie sera longue.

Dans les 1000 milliards d’années à venir, la plus grande partie de la matière (y compris notre planète) sera piégée dans les trous noirs stellaires et dans les naines blanches à court d’énergie. Le tout gravitant, puis tombant dans les trous noir supermassifs de nos galaxies.

Dans 10 à la puissance 32 (1 suivie de 32 zéros) années, les protons commenceront à se désintégrer en photons, électrons, positrons et neutrinos.

Et si nous avons de la chance, que la Terre ne soit pas tombée dans un trou noir (ou autre accident galactique de ce type), elle se désagrégera de la même manière que tout le reste de la matière de l’Univers.

Et 10 à la puissance 67 (1 suivi de 67 zéros) années plus tard, les trous noirs s’évaporeront, purement et simplement, en flux de particules ne laissant plus aucun objet stellaire dans l’univers.

Dans 10 à la puissance 100 (1 suivi de 100 zéros) années, il ne restera absolument rien. L’Univers, froid et sombre, ne sera plus qu’un océan diffus de photons et de particules élémentaires.

Finalement, nous nous inquiétons de notre situation sur Terre, nous cherchons à savoir combien de temps nous pourrons encore y vivre. Mais la finalité, c’est que nous disparaîtrons dans tous les cas avec l’Univers tout entier. Si nous nous préoccupons de notre courte vie, souvenons-nous que l’Univers, lui aussi, connaîtra une fin et il nous entraînera avec lui.