Le destin de l'univers

Energie noire et géométrie de l’espace

Une chose est sûre : voilà des milliards d’années que l’Univers gonfle comme un ballon. La preuve : les galaxiesRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe. s’éloignent les unes des autres. Malgré tout, si l’Univers est aujourd’hui en expansion, cela ne signifie pas qu’il le sera toujours. Il se pourrait même que la tendance finisse par s’inverser, que l’univers finisse par se contracter et imploser en un Big BangLe Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années. inversé… Alors quelle fin connaîtra l’univers ? Cela dépend en grande partie de la nature de l’énergie noire, cette mystérieuse force s’opposant à la gravitationAttraction universelle qui s'exerce entre les corps : plus un corps est massif, plus sa force d'attraction est forte. La gravitation est l'une des forces qui régit l'Univers. dont on a récemment découvert qu’elle jouait un rôle majeur dans le comportement de l’univers.

Avant : expansion ou contraction ?

L’expansion de l’univers, même si elle est observée et admise par l’ensemble des astronomes, pose un gros problème. Elle s’oppose complètement à une autre force : la gravitation, elle aussi admise par toute la communauté scientifique. La gravitation tend à contracter l’univers, l’expansion à le dilater. Expansion et gravitation s’opposent donc. Laquelle des deux l’emportera à terme ?

Pour répondre à cette question, il faudrait connaître avec précision la quantité totale de matière dans l’univers (en effet, puisque la gravitation est une force qui s’exerce sur la matière, plus il existera de matière, plus la gravitation sera forte face à l’expansion). Mais les astronomes ont eu du mal à le faire.

La question du destin de l’Univers n’était donc que liée à la connaissance de la masse de l’univers.

Aujourd’hui : le problème de l’énergie noire

Jusqu’à une date récente, on pensait que connaître le destin de l’univers se résumait à la connaissance de la densité de l’univers : avec une densité supérieure ou égale à une valeur critique, la gravitation finirait par arrêter l’expansion de l’Univers et celui-ci s’effondrerait sur lui-même. A l’inverse avec une densité inférieure à la valeur critique, l’Univers poursuivrait indéfiniment son expansion.

Cependant, des recherches récentes ont montré que l’expansion de l’Univers s’accélère et qu’une force répulsive s’oppose à la gravitation. La nature de cette énergie, dite énergie noire, reste encore énigmatique mais permet d’envisager de nouveaux destins pour l’univers.

La géométrie de l’espace

Les scénarios du destin de l’univers sont en partie fondés sur des modèles mathématiques. Il existe trois géométries possibles à l’univers qui dépendent directement de sa courbure spatiale : un univers « fermé », de courbure positive ; un univers « plat » de courbure nulle ; et un univers « ouvert » de courbure négative.

Avant la découverte de « l’énergie noire », il y avait une relation directe entre la courbure spatiale et le destin de l’univers. Un univers « fermé » finirait par s’effondrer sur lui-même (Big Crunch), un univers « ouvert » et un univers « plat » poursuivraient indéfiniment leur expansion et périraient dans une longue et froide agonie.

Aujourd’hui, cette correspondance ne tient plus. Si l’intensité de l’énergie noire demeure constante, tout type d’univers poursuit infiniment son expansion. Au contraire si l’énergie noire s’inverse tout type d’univers finit en un Big Crunch.

Aujourd’hui les astronomes considèrent que l’univers est presque plat, et qu’il poursuivra une expansion accélérée.

Trois destins possibles

Au vu des découvertes récentes et des modèles mathématiques mis en place, les astronomes ont élaborés trois destins probables pour notre univers.

Big Crunch

Même si les astronomes pensent que l’expansion de l’Univers va probablement continuer éternellement et conduire à une mort froide de ce dernier, il existe un cas de figure théorique où l’expansion cesse pour laisser place à une contraction et à un Big Crunch.

Dans ce modèle le moins probable, l’expansion finit par cesser dans quelques dizaines de milliards d’années. A ce stade, l’univers a atteint son volume maximal et entame sa contraction. Cette période est marquée par une augmentation constante de la densité et de la température ainsi que d’une diminution du volume.

Au final, l’univers devient tellement chaud et dense que la matière et l’énergie s’effondrent en une singularité infiniment chaude et dense, en un Big Bang inversé. Ce qui se passe ensuite nous est inaccessible car les théories actuelles sont incapables de décrire le comportement de la matière dans de telles conditions. Il se peut aussi qu’un nouveau Big Bang se produise et donne naissance à un autre univers.

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, alors l’Univers poursuivra son expansion qui se ralentira indéfiniment. Il connaîtra une agonie froide. L’univers froid et sombre ne sera à terme plus qu’un océan diffus de photons et de particules élémentaires.

Il existe un autre scénario, « le big chill modifié » qui se produit si l’énergie noire demeure tel qu’aujourd’hui. L’univers connaîtra alors une expansion accélérée, quelle que soit sa densité. Les structures qui ne sont pas liées entre elles par la gravitation se disperseront à une vitesse qui deviendra supérieure à celle de la lumière (que peut également dépasser l’expansion de l’espace). Ce scénario aboutit également à un « grand refroidissement ».

Big Rip

Enfin le dernier scénario, peu probable également survient si les effets de l’énergie noire augmentent. Dans ce cas-là, cette énergie pourrait l’emporter sur toutes les forces fondamentales. L’univers se désintégrerait dans une « grande déchirure » (big rip). Dans 0 à 30 milliards d’années, les galaxies se déchireraient, puis les systèmes solaires. Après quelques mois, étoiles et planètes exploseraient, puis les atomes. Le temps s’arrêterait.

Conclusion : comment l'univers finira-t-il ?

Les astronomes sont aujourd'hui incapables de dire comment l'univers évoluera. Pour cela, il leur faudrait connaître avec une extrême précision la densité de l'univers ainsi que la nature de l'énergie noire, ce qui n'est aujourd'hui pas le cas. Il faudra donc attendre de nouvelles découvertes pour peut-être confirmer une des théories ou alors pour en élaborer d'autres.

L'Univers aura-t-il une fin ? Aujourd'hui, on pense que l'univers ne finira pas, autrement dit qu'il existera toujours. Mieux, on pense que l'Univers qui est aujourd'hui en expansion devrait continuer à croître indéfiniment. Il ne devrait donc pas, contrairement à ce que pensaient encore récemment certains astronomes, commencer à s'effondrer sur lui-même pour finalement imploser en un Big Crunch. Les modalités de sa fin restent quand mêmes inconnues étant donnés qu'on ne connait ni la masse de l'univers, ni la nature de l'énergie noire. Plusieurs destins sont possibles : le Big Chill (grand refroidissement) ou le Big Rip (grande déchirure).

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