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La fin de l'univers pourrait avoir lieu dans 2,8 milliards d'années

L'étude des supernovae (explosions d'étoiles) et de la répartition des galaxies permet de poser des contraintes sur la nature de l'énergie noire et donc le destin de l'univers observable. Des chercheurs viennent de montrer que l'énergie du vide pourrait devenir si grande qu'elle déchirerait noyaux d'atomes et galaxies dans 2,8 milliards d'années au plus tôt.


L’univers est en expansion. Si l’on tient compte de la gravité, cette expansion devrait ralentir et pourtant elle semble accélérer au cours du temps. Ce phénomène pourrait être dû à une force étrange : l’énergie noire. Jean-Pierre Luminet, astrophysicien de renom, explique pour Futura-Sciences ce que recouvre cette étrange notion.

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Albert Einstein mit un point final à sa théorie de la relativité générale en novembre 1915 et, de 1916 à 1918, il posa les bases de la théorie des ondes gravitationnelles, de l’effet laser et de la cosmologie relativiste pour laquelle il introduisit la fameuse constante cosmologique. L’expansion de l’univers qui découlait des travaux d’Einstein ne fut vraiment prise au sérieux qu’avec les recherches d’Alexandre Friedmann, Hubble et surtout Georges Lemaître.

La théorie du Big Bang finit par s’imposer avec la découverte du rayonnement fossile en 1965. Depuis, elle est devenue le modèle standard de la cosmologie. Bien qu’elle reste muette sur l’idée d’une véritable naissance de l’univers observable, il n’y a plus de doute rationnel en ce qui concerne le fait que, il y a plus de 13,7 milliards d’années, cet univers était bien plus petit, bien plus chaud qu'actuellement et dépourvu d’atomes et d’étoiles.

En revanche, on ne sait vraiment pas comment celui-ci finira et cette incertitude sur le destin du cosmos observable (qui n’est peut-être qu’une fraction infime d’un multivers infini et éternel) est devenue encore plus grande lors de la découverte en 1998 de son expansion accélérée.

L'énigme de la nature de l'énergie noire

Il fallut introduire, via la constante cosmologique d’Einstein, la notion d’énergie noire, encore appelée énergie sombre. Elle se manifeste comme une densité d’énergie, donc l’équivalent d’une pression, dans le fluide cosmologique constitué des amas de galaxies. Toute la question est de savoir si cette constante l’est vraiment ou pas au cours du temps et donc quelle est son origine.

De gauche à droite Albert Einstein et Wolfgang Pauli. Le premier avait introduit la constante cosmologique en 1917 et le second avait pris conscience dès les années 1920 qu'elle pouvait résulter de l'état d'énergie minimal des champs quantiques.
De gauche à droite, Albert Einstein et Wolfgang Pauli. Le premier introduisit la constante cosmologique en 1917 et le second prit conscience dès les années 1920 qu'elle pouvait résulter de l'état d'énergie minimal des champs quantiques. © Cern

S’il s’agit, comme le favorise nettement les observations pour le moment, d’une vraie constante, pouvant notamment être simplement une manifestation de la fameuse énergie du point zéro des champs quantiques, alors l’univers observable continuera pour l’éternité son expansion en devenant de plus en plus froid et vide : c’est le Big Chill, encore appelé de façon plus explicite le Big Freeze. Le cosmologiste Lawrence Krauss s’est amusé à imaginer sur cette base à quoi pourrait ressembler notre univers dans 3.000 milliards d’années. Il se peut que cela ne soit en fait pas vraiment la fin de l’univers si l’on croit au modèle de cosmologie cyclique de Roger Penrose.

S’il s’agit d’une quantité dynamique, par exemple parce qu’elle dérive d’un champ scalaire ou d’une théorie relativiste de la gravitation différente de celle d’Einstein, tout devient possible. Certains modèles de supergravité prédisent par exemple que l’énergie noire va changer dans quelques dizaines de milliards d’années ; de répulsive, la densité d’énergie du vide deviendra alors attractive, ce qui conduira le cosmos vers un Big Crunch ouvrant donc la porte, là encore, à une cosmologie cyclique avec des phases alternées d’expansion puis de contraction suivies d’un nouveau Big Bang.

Un Big Rip dans 2,8 ou 22 milliards d'années ?

D’autres possibilités existent avec des densités d’énergie variables. Une équipe internationale de chercheurs a exploré certaines d'entre elles dans un article déposé sur arXiv.

L’une des hypothèses principales envisagées est celle du Big Rip. Selon elle, la densité d’énergie du vide va augmenter au cours du temps mais rester à l’origine d’une accélération de l’expansion qui ne fera que croître. En théorie, cette pression répulsive devrait atteindre l’infini. Cependant, bien avant cela, si l’on peut dire, elle sera tellement forte qu’elle finira par surpasser l’énergie de cohésion des amas de galaxies puis des galaxies, des étoiles et même des planètes pour finalement rompre jusqu’aux liaisons nucléaires entre protons et neutrons dans les noyaux : c’est le scénario du Big Rip. Plusieurs champs quantiques exotiques peuvent conduire à ce scénario ; l’un d’entre eux prédit même qu’il arrivera dans 22 milliards d’années.

Parmi les hypothèses envisagées pouvant produire un Big Rip, les chercheurs ont voulu savoir quelles étaient celles qui prophétisaient la fin du monde la plus proche. En nourrissant les modèles théoriques avec des données observationnelles concernant l’énergie noire, à savoir les observations avec les supernovae SN Ia et les oscillations acoustiques de baryons, ces cosmologistes sont arrivés à une durée de vie minimale pour notre cosmos observable.

Selon eux, aucun Big Rip ne devrait survenir avant 2,8 milliards d’années. D’ici là, de toute façon, les océans de la Terre commenceront à bouillir.

Cette image, acquise par le Très Grand Télescope (VLT) de l'Eso, à l'Observatoire du Cerro Paranal (Chili), révèle en détail les spectaculaires conséquences d'une collision cosmique vieille de 360 millions d'années. Parmi les débris qui entourent la galaxie elliptique NGC 5291 (au centre de l'image) figure un objet rare et mystérieux à la fois : une jeune galaxie naine (l'amas lumineux à droite). Cet objet offre aux astronomes l'excellente opportunité de mieux connaître ce type de galaxies, largement répandues dans l'univers jeune, mais généralement trop distantes et trop peu lumineuses pour pouvoir être observées au moyen des télescopes actuels. Ce spectacle pourrait prendre fin dans 2,8 milliards d'années avec un Big Rip. © Eso Cette image, acquise par le Très Grand Télescope (VLT) de l'Eso, à l'Observatoire du Cerro Paranal (Chili), révèle en détail les spectaculaires conséquences d'une collision cosmique vieille de 360 millions d'années. Parmi les débris qui entourent la galaxie elliptique NGC 5291 (au centre de l'image) figure un objet rare et mystérieux à la fois : une jeune galaxie naine (l'amas lumineux à droite). Cet objet offre aux astronomes l'excellente opportunité de mieux connaître ce type de galaxies, largement répandues dans l'univers jeune, mais généralement trop distantes et trop peu lumineuses pour pouvoir être observées au moyen des télescopes actuels. Ce spectacle pourrait prendre fin dans 2,8 milliards d'années avec un Big Rip. © Eso

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