Le début et fin de l’Univers: Big Crunch versus Big Freeze

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Les différents scénarios d’évolution de l’Univers sont au nombre de trois, et ils sont Big  ! Apres le Big Bang, il y a le Big Crunch, le Big Rip, et Big Chill ou Big Freeze. Chaque scénario dépend des paramètres fondamentaux de l’Univers, à savoir essentiellement, la répartition de la matière noire et de l’énergie noire. Les astronomes pensaient autrefois que l’univers pourrait s’effondrer dans un Big Crunch. Maintenant, la plupart conviennent que cela se terminera par un Big Freeze. En termes simples, cela signifie qu’à un moment donné, l’univers atteindra finalement un état où toute l’énergie – et, par conséquent, la chaleur – est uniformément distribuée. La température finale de l’univers entier planera légèrement au-dessus du zéro absolu.

Comment l’univers se terminera-t-il? L’humanité réfléchit à cette question depuis des milliers d’années. Jusqu’à récemment, les astronomes pensaient que le cosmos se dilaterait et s’effondrerait à plusieurs reprises dans un cycle infini de mort et de renaissance cosmique. Mais les meilleures preuves indiquent un Armageddon lointain rempli d’une peur plus existentielle que le Livre de l’Apocalypse. Des milliards d’années dans le futur, longtemps après la destruction de la Terre, l’univers s’éloignera jusqu’à ce que la formation des galaxies et des étoiles cesse. Lentement, les étoiles s’éteindront, transformant le ciel nocturne en noir. Toute matière persistante sera engloutie par des trous noirs jusqu’à ce qu’il ne reste plus rien. Enfin, les dernières traces de chaleur disparaîtront. Plutôt que de rencontrer sa fin par le feu et le soufre, le cosmos succombera probablement à la «mort par la chaleur». Les astronomes l’appellent le Big Freeze.

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Le Début et la Fin

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L’univers n’a pas toujours semblé destiné à se terminer ainsi. Il y a environ un siècle, les astronomes pensaient que notre Voie lactée était l’univers entier. Notre cosmos semblait statique – il avait toujours été et restera toujours à peu près le même. Cependant, alors qu’Albert Einstein formulait ses théories de la relativité, il remarqua des signes de quelque chose d’étrange. Ses équations impliquaient un univers en mouvement, en expansion ou en contraction. Einstein a donc ajouté un facteur de fudge – une constante cosmologique – qui maintenait l’univers dans un état stable plus attrayant.

«Einstein n’était pas stupide; il ressentait le sentiment des astronomes», déclare le cosmologiste lauréat du prix Nobel John Mather, scientifique en chef du télescope spatial James Webb de la NASA. Cependant, à peu près au même moment, les astronomes ont commencé à accepter que certaines des nébuleuses floues en forme de spirale qu’ils observaient à travers leurs télescopes n’étaient pas des collections d’étoiles dans notre galaxie. C’étaient entièrement d’autres galaxies. Et quand Edwin Hubble a méticuleusement mesuré leurs mouvements, il a montré que ces galaxies s’éloignaient effectivement des nôtres. L’humanité a découvert que l’univers est en expansion.

Le retour en arrière sur cette expansion a finalement révélé que l’univers entier était né dans un violent Big Bang il y a 13,8 milliards d’années. Avec ses fondations fermement fixées, la cosmologie s’est tournée vers la prochaine grande question: comment l’univers se terminera-t-il? Il y a deux façons principales pour un univers en expansion de mourir: le cosmos pourrait éventuellement se replier sur lui-même, ou il pourrait continuer à se gonfler pour toujours. Pour savoir ce qui est juste, les astronomes ont dû accélérer l’évolution de l’univers.

Ancienne approche : Le Big Crunch

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En 1922, le physicien et mathématicien russe Alexander Friedmann a dérivé un célèbre ensemble d’équations nommé à juste titre les équations de Friedmann. Ces calculs ont montré que le destin de notre univers est déterminé par sa densité et qu’il peut soit s’étendre, soit se contracter, plutôt que de rester dans un état stable. Avec suffisamment de matière, la gravité arrêterait éventuellement l’expansion du cosmos, le faisant revenir en arrière vers l’intérieur. Dans les années 1960 et 1970, lorsque les astronomes ont additionné toute la matière de l’univers connu, ils ont calculé qu’il y avait suffisamment de masse pour que le cosmos finisse par s’effondrer dans un état infiniment dense, ou peut-être même un trou noir gargantuesque.

Certains ont émis l’hypothèse qu’une fois compressé en un point infiniment petit – le Big Crunch – l’univers lancerait une autre expansion, ou Big Bounce. Dans les années 1970 et 1980, le physicien John Wheeler, qui a contribué à inventer le terme trou noir, est devenu l’un des principaux partisans du Big Crunch. Pour lui, c’était un destin évident. Une révolution dans la compréhension des trous noirs était en cours, et Wheeler voyait chacun d’eux comme un «modèle expérimental» de l’état final de l’univers. Les observatoires infrarouges Spitzer et WISE de la NASA se sont associés pour révéler cette vue de la région autour du trou noir supermassif de la Voie lactée, Sagittarius A *. Les trous noirs supermassifs sont probablement les derniers réservoirs de matière dans l’univers entier. Pourtant, même ils finiront par s’évaporer.

Nouvelle approche : Le Big Freeze ou Big Chill

À la fin des années 1990, deux groupes distincts de scientifiques étudiaient l’univers lointain, étudiant des étoiles mourantes appelées supernovae de type Ia, qui servent de bougies standard qui aident à établir les distances cosmiques. Ils ont constaté que les explosions lointaines semblaient plus faibles et étaient donc plus éloignées que prévu. L’expansion de l’univers ne ralentissait pas du tout – elle s’accélérait. Les équipes sont tombées indépendamment sur l’énergie noire (sombre), brisant les modèles existants de l’univers.

La découverte de l’énergie sombre, qui défie toute attente, a montré que l’univers était très peu susceptible de s’effondrer dans un Big Crunch (ou effondrement terminal). Même avec toute la matière de l’univers tirant vers l’intérieur, la gravité ne sera jamais assez forte pour surmonter l’effet gonflant de l’énergie sombre. En d’autres termes, l’univers serait destiné à un Big Freeze (Grand gel ou Mort Thermique de l’Univers).

De nos jours, les astronomes pensent que la matière normale ne représente que 5% du contenu de l’univers. Pendant ce temps, la matière noire représente environ 26% et l’énergie noire les 69% restants. Il s’avère que l’énergie sombre semble être la force du monde réel derrière la constante cosmologique d’Einstein, qui joue un rôle majeur dans la prévention d’un effondrement de type Big Crunch. Grâce à l’expansion causée par l’énergie sombre, dans quelques trillions d’années, toutes les galaxies, sauf les plus proches, seront trop loin pour être vues. Puis, peut-être 100 trillions d’années plus tard, la formation d’étoiles cessera, car des restes stellaires denses comme les naines blanches et les trous noirs verrouillent tout matériau restant. Dans environ une année googol – c’est-à-dire un 1 suivi de 100 zéros – les derniers objets de l’univers, les trous noirs supermassifs, finiront de s’évaporer via le rayonnement Hawking. Après cela, l’univers entre dans une soi-disant ère sombre, où la matière n’est qu’un lointain souvenir.

La deuxième loi de la thermodynamique suggère que l’entropie continuera d’augmenter dans un système (tel que le cosmos) jusqu’à ce qu’il atteigne un niveau maximum. En termes simples, cela signifie qu’à un moment donné, l’univers atteindra finalement un état où toute l’énergie – et, par conséquent, la chaleur – est uniformément distribuée. La température finale de l’univers entier planera légèrement au-dessus du zéro absolu. Ainsi, plutôt que de refléter l’Apocalypse, la mort de notre cosmos ressemblera probablement au début de la Genèse: tout sera vide et sombre.

Guellord Kamangu.

Liens Utiles : (1) https://astronomy.com/news/magazine, (2) https://www.franceinter.fr/emissions, (3) https://www.forbes.com,

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