Un physicien de l’Illinois State University détermine quand et comment l’univers prendra fin

- Publicité -

Dans un avenir incroyablement lointain, des restes stellaires froids connus sous le nom de naines noires commenceront à exploser dans une série spectaculaire de supernovæ, fournissant les derniers feux d’artifice de tous les temps. C’est la conclusion d’une nouvelle étude, qui postule que l’univers connaîtra un dernier hourra avant que tout ne s’assombrisse pour toujours.


Vue d’artiste d’une naine noire, un vestige stellaire refroidi qui pourrait se former dans des milliers de milliards d’années. (Crédit image: © NASA/JPL-Caltech).

Les astronomes ont longtemps contemplé la fin ultime du cosmos. Les lois connues de la physique suggèrent que d’ici environ 10100 (le numéro 1 suivi de 100 zéros) ans, la naissance des étoiles cessera, les galaxies s’assombriront et même les trous noirs s’évaporeront par un processus connu sous le nom de rayonnement de Hawking, laissant peu de plus que de simples particules subatomiques et de l’énergie. L’expansion de l’espace refroidira cette énergie à près de 0 kelvin, ou zéro absolu, signalant la mort thermique de l’univers et l’entropie totale. Mais alors qu’il donnait un cours d’astrophysique ce printemps, le physicien théoricien Matt Caplan de l’Illinois State University s’est rendu compte que le sort d’un dernier groupe d’entités n’avait jamais été expliqué.

- Publicité -

Après avoir épuisé leur combustible thermonucléaire, les étoiles de faible masse comme le Soleil n’éclatent pas en supernovæ spectaculaires ; au lieu de cela, ils perdent lentement leurs couches externes et laissent derrière eux un noyau brûlant de la taille de la Terre connu sous le nom de naine blanche. “Ce sont essentiellement des casseroles qui ont été retirées du feu”, explique Caplan. “Ils vont refroidir et refroidir et refroidir, essentiellement pour toujours.” Le poids gravitationnel écrasant des naines blanches est contrebalancé par une force appelée pression de dégénérescence des électrons. Pressez les électrons ensemble et les lois de la mécanique quantique les empêchent d’occuper le même état, leur permettant de repousser et de maintenir la masse du reste. Les particules d’une naine blanche restent enfermées dans un réseau cristallin qui émet de la chaleur pendant des milliers de milliards d’années, bien plus longtemps que l’âge actuel de l’univers.

Mais finalement, ces reliques se refroidissent et deviennent une naine noire. Parce que les naines noires manquent d’énergie pour provoquer des réactions nucléaires, il se passe peu de choses à l’intérieur d’elles. La fusion nécessite des noyaux atomiques chargés pour surmonter une puissante répulsion électrostatique et fusionner. Pourtant, sur de longues périodes, la mécanique quantique permet aux particules de traverser des barrières énergétiques, ce qui signifie que la fusion peut toujours se produire, bien qu’à des taux extrêmement faibles. Lorsque des atomes tels que le silicium et le nickel fusionnent avec le fer, ils produisent des positons, l’antiparticule d’un électron. Ces positons détruiraient très lentement certains des électrons dans le centre d’une naine noire et affaibliraient sa pression de dégénérescence.

Pour les étoiles entre environ 1,2 et 1,4 fois la masse du Soleil – environ 1% de toutes les étoiles de l’univers aujourd’hui – cet affaiblissement entraînerait à terme un effondrement gravitationnel catastrophique qui entraînerait une explosion colossale similaire aux supernovæ des étoiles de masse plus élevée, a rapporté Caplan ce mois dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Caplan dit que les détonations dramatiques commenceront à se produire dans environ 101100 ans, un nombre que le cerveau humain peut à peine comprendre. Le nombre déjà insondable 10100 est connu sous le nom de googol, donc 101100 serait un googol googol googol googol googol googol googol googol googol googol googol années. Les explosions se poursuivraient jusqu’à 1032 000 ans, ce qui nécessiterait la majeure partie d’une page de magazine pour représenter de manière similaire. Un voyageur du temps espérant assister à cette dernière manifestation cosmique serait déçu.

- Publicité -

Au début de cette ère, la substance mystérieuse agissant en opposition à la gravité appelée énergie noire aura tellement séparé tout dans l’univers que chaque naine noire individuelle serait entourée d’une vaste obscurité: les supernovae seraient même inobservables les unes par rapport aux autres. En fait, Caplan a montré que le rayon de l’univers observable aura alors augmenté d’environ e10^1100 (où “e” est d’environ 2,72), un chiffre immensément plus grand que l’un ou l’autre de ceux donnés ci-dessus. “C’est le plus grand nombre avec lequel je vais avoir à travailler sérieusement dans ma carrière”, dit-il. Gregory Laughlin, astrophysicien à l’Université de Yale, loue la recherche comme une expérience de pensée amusante. L’intérêt de contempler ces échelles de temps époustouflantes est qu’elles permettent aux scientifiques de considérer des processus physiques qui n’ont pas eu assez de temps pour se dérouler à l’époque actuelle, dit-il.

Pourtant, “je pense qu’il est important de souligner que toute enquête dans un avenir lointain est nécessairement ironique”, a déclaré Laughlin. “Notre vision d’un avenir extrêmement lointain est le reflet de notre compréhension actuelle, et cette vision changera d’une année à l’autre”. Par exemple, certaines des grandes théories unifiées de la physique suggèrent que le proton finira par se désintégrer. Cela dissoudrait les naines noires de Caplan bien avant qu’elles n’explosent. Et certains modèles cosmologiques ont émis l’hypothèse que l’univers pourrait s’effondrer sur lui-même dans un grand resserrement, empêchant le spectacle de lumière final.

Caplan lui-même aime scruter le futur lointain. “Je pense que notre conscience de notre propre mortalité motive définitivement une certaine fascination pour la fin de l’univers”, dit-il. “Vous pouvez toujours vous rassurer, lorsque les choses tournent mal, que cela n’aura pas d’importance une fois l’entropie maximisée”.

Voir la publication

- Publicité -

M. E. Caplan, “Black dwarf supernova in the far future”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 497, Issue 4, October 2020, Pages 4357–4362, DOI : 10.1093/mnras/staa2262

Sur les mêmes sujets

-- Annonce --
Total
0
Share