Si nous savons exactement quelque chose sur notre univers, c'est qu'il est non statique, changeant avec le temps. Que lui réserve l'avenir?
Aujourd'hui, nous avons un modèle cosmologique standard qui décrit bien l'histoire de l'univers presque depuis le moment de sa naissance jusqu'à notre époque. De plus, il n'y a maintenant aucune raison sérieuse de croire que ce modèle ne puisse pas servir de base pour prédire l'évolution ultérieure de notre monde. Certes, il a des concurrents qui proposent des scénarios complètement différents pour les événements futurs. Cependant, nous ne disposons pas encore de données d'observation qui indiqueraient un réel besoin non seulement de réviser le modèle standard, mais même de le corriger sérieusement.
Vide ou lambeaux
Maintenant sur le futur. Du modèle standard, il s'ensuit que dans un avenir très lointain, le rôle de la gravité disparaîtra pratiquement et le taux d'expansion de l'Univers commencera à augmenter de façon exponentielle. L'espace extra-atmosphérique deviendra vide, de plus en plus vite. Cependant, cette vitesse augmentera toujours de manière monotone, de l'époque actuelle à la fin des temps. Le modèle standard exclut les scénarios dans lesquels le vide perd sa stabilité et sa densité d'énergie saute à l'infini en un temps fini. Dans ce cas, le taux d'expansion de l'Univers tendra également vers l'infini, ce qui conduira à la rupture et à la disparition de tous les objets matériels - des galaxies et étoiles aux atomes et noyaux atomiques. Certains concurrents du modèle standard prédisent ce résultat, mais les astronomes ne disposent d'aucune donnée pour soutenir ces théories. Honnêtement,Moi, je ne les prends pas au sérieux, ils sont basés sur une physique très inhabituelle. Le modèle standard est en excellent accord avec les observations, et il ne sert à rien de l'abandonner.
L'expansion accélérée de l'Univers ne signifiera qu'une augmentation du taux d'expansion des galaxies. Puisque la densité de l'énergie sombre ne changera pas, elle ne pourra pas détruire les galaxies et autres structures gravitationnellement stables qu'elle n'empêche pas d'exister à l'ère actuelle. Bien entendu, cela ne signifie pas que les galaxies elles-mêmes resteront sous la forme dans laquelle elles existent aujourd'hui. Au fil du temps, toutes les étoiles brûleront du combustible de fusion et se transformeront en naines blanches, en étoiles à neutrons ou en trous noirs. Les trous vont se développer, fusionner les uns avec les autres et consommer des restes stellaires et du gaz interstellaire. Cependant, ces processus destructeurs et d'autres auront lieu sans la participation de l'énergie noire.
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Alors qu'est-ce qui attend notre propre galaxie, la Voie lactée? Il s'approche de la grande galaxie spirale voisine Andromède - maintenant à une vitesse de 110 km / s. Dans 6 milliards d'années, les deux galaxies fusionneront et formeront un nouvel amas d'étoiles, Milcomedou. Le Soleil restera à l'intérieur de Milcomed, seulement pour se déplacer vers sa périphérie par rapport à sa position actuelle dans la Voie lactée. Par une coïncidence intéressante, juste à ce moment-là, il brûlera de l'hydrogène et s'engagera sur la voie des changements cataclysmiques, qui se termineront par sa transformation en naine blanche.
Jusqu'à présent, nous avons parlé d'un avenir assez proche. Après stabilisation, Milcomed maintiendra la stabilité gravitationnelle pendant des périodes de temps gigantesques, au moins mille fois l'âge actuel de l'Univers. Mais elle sera seule beaucoup plus tôt. Dans environ 100 milliards d'années ou un peu plus tard, toutes les galaxies lointaines que nous pouvons observer aujourd'hui disparaîtront de son firmament. À ce moment-là, la vitesse de leur expansion, causée par l'expansion de l'Univers, dépassera la vitesse de la lumière, de sorte que les photons qu'ils émettent n'atteindront jamais Milcomed. Dans le langage de la cosmologie, les galaxies iront de manière irréversible au-delà de leur horizon d'événements. Leur luminosité apparente diminuera, et finalement ils disparaîtront tous et s'éteindront. Ainsi, les observateurs de Milcomed ne verront que ses propres étoiles - bien sûr, seulement celles qui émettront encore de la lumière d'ici là. Les naines rouges les plus légères resteront actives le plus longtemps, mais dans un maximum de 10 trillions d'années, elles commenceront aussi à mourir.
Univers standard
Le modèle standard affirme qu'à notre époque, l'Univers change sous l'influence de deux facteurs principaux: la gravité de la matière ordinaire et noire et l'effet anti-gravitationnel de l'énergie du vide non nulle, communément appelée énergie sombre.
Dans la première jeunesse de l'Univers, l'énergie des rayonnements électromagnétiques et des flux de neutrinos a également contribué de manière significative à son évolution. Maintenant, son rôle est très petit, car la densité d'énergie radiante est extrêmement faible et, de plus, diminue constamment en raison de l'expansion de l'espace extra-atmosphérique. Dans le même temps, la densité de l'énergie noire, telle qu'elle apparaît dans le modèle standard, reste constante. Elle ne diminue pas avec l'expansion de l'Univers et est déjà trois fois plus élevée que la densité monotone décroissante de la matière ordinaire et sombre. Par conséquent, l'énergie noire provoque une expansion accélérée de l'univers, qui ne peut être contenue par l'affaiblissement de la gravité des galaxies et du milieu intergalactique.
Plans stratégiques
Lorsque l'âge de l'univers atteindra un billion d'années, la longueur d'onde du CMB sera égale à sa taille. Ensuite, et encore plus par la suite, aucun détecteur ne pourra enregistrer ces photons ultra-froids. Par conséquent, aucun observateur, quelle que soit la perfection de ses instruments, ne sera pas en mesure d'utiliser le rayonnement relique comme source d'informations astronomiques.
Maintenant, le pic du spectre de ces photons se situe dans la gamme des micro-ondes, et ils sont facilement détectés par notre équipement, fournissant les informations les plus importantes sur l'histoire des débuts de l'Univers. Le futur lointain est bien au-delà du modèle cosmologique standard. Nous pouvons raisonnablement supposer que la croissance des trous noirs absorbera une partie importante de la matière baryonique et noire, mais qu'arrivera-t-il à son reste, dispersé à travers les vastes étendues de l'espace?
La physique prétend que les électrons ne sont sujets à aucune forme de désintégration, mais il n'y a pas une telle certitude concernant les protons. Selon les données modernes, la demi-vie d'un proton ne peut pas être inférieure à 1034 ans - c'est beaucoup, mais toujours pas l'éternité. Nous ne connaissons pas non plus le sort à long terme des particules de matière noire, qui n'ont pas encore été découvertes du tout. La prédiction la plus probable du futur ultra-lointain se résume au fait que l'Univers deviendra extrêmement vide et se refroidira jusqu'à un zéro presque absolu.
Comment exactement cela se produira est encore inconnu, ici c'est à la physique fondamentale. Cependant, l'avenir sur une échelle de mille milliards d'années est tout à fait prévisible sur la base du modèle standard. Bien sûr, si de nouvelles propriétés sont découvertes dans le vide, ce scénario devra être revu, mais c'est déjà hors de spéculation.
Avi Loeb, professeur, chef du département d'astronomie de l'Université de Harvard, directeur de l'Institut de théorie et de modélisation informatique, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Interviewé par: Alexey Levin, Oleg Makarov, Dmitry Mamontov