En regardant notre univers aujourd'hui, il est très facile d'être ravi de ce que vous voyez. Les étoiles dans notre ciel nocturne ne représentent qu'une petite fraction, plusieurs milliers sur des centaines de milliards de ce qui est présent dans notre Voie lactée. La Voie Lactée elle-même n'est que l'un des billions de galaxies présentes dans l'univers observable, qui s'étend dans toutes les directions pendant environ 46 milliards d'années-lumière. Et tout a commencé il y a environ 13,8 milliards d'années à partir d'un état chaud, dense, rapide et en expansion connu sous le nom de Big Bang.
C'est à partir du Big Bang que nous avons l'opportunité de décrire notre Univers comme plein de matière et de rayonnement et de relier les lois bien connues de la physique expliquant la forme moderne du cosmos. Mais l'univers continue de s'étendre. De nouvelles étoiles apparaissent, l'espace évolue. Comment cela finira-t-il? Demandons à la science.
Quelle est la fin de l'univers
Pendant longtemps, les scientifiques qui ont étudié la structure et l'évolution de l'univers ont envisagé trois possibilités, basées sur la physique simple de la relativité générale et le contexte de l'expansion de l'univers. D'une part, la gravité rassemble activement tout; c'est une force attractive contrôlée par la matière et l'énergie sous toutes leurs formes présentes dans l'univers. D'autre part, il y a un taux d'expansion initial qui sépare tout.
Le Big Bang était un coup, après quoi la plus grande course de tous les temps a commencé: entre la gravité et l'expansion de l'univers. Qui va gagner à la fin? La réponse à cette question déterminera le sort de notre monde.
Nous pensions que l'Univers avait ces options:
Vidéo promotionelle:
- L'Univers s'effondrera dans la Grande Compression. L'expansion commencera rapidement et de grandes quantités de matière et de rayonnement seront déchirées. S'il y a plus qu'assez de matière et d'énergie, l'univers s'étendra jusqu'à une certaine taille maximale, l'expansion inversera la contraction et l'univers s'effondrera à nouveau.
- L'univers s'étendra pour toujours et mènera au Grand Gel. Tout commencera comme ci-dessus, mais cette fois la quantité de matière et d'énergie ne suffira pas à résister à l'expansion. L'univers s'étendra pour toujours à mesure que le taux d'expansion continuera de baisser, mais n'atteindra jamais zéro.
- L'expansion de l'Univers tend asymptotiquement vers zéro. Imaginez une situation limite entre les deux exemples ci-dessus. Un autre proton - et nous nous effondrons; un de moins - nous nous développons à l'infini. Dans ce cas critique, l'Univers s'étend pour toujours, mais à la vitesse la plus basse possible.
Pour savoir quelle option est correcte, il nous a suffi de mesurer la vitesse d'expansion de l'univers et l'évolution du taux d'expansion au fil du temps. Le reste est une question de physique.
C'est l'un des plus grands défis de l'astrophysique aujourd'hui. Mesurez la vitesse à laquelle l'univers s'est développé et découvrez comment le tissu de l'espace évolue aujourd'hui. Mesurez comment le taux d'expansion a changé au fil du temps et découvrez comment le tissu de l'espace a changé dans le passé.
Combinez ces deux informations et comment le taux d'expansion a changé et ce qu'il était vous permettra de déterminer de quoi est fait l'univers et dans quelles proportions.
Pour autant que nous le sachions, sur la base de ces mesures, nous avons déterminé que l'univers se compose de 0,01% de rayonnement, 0,1% de neutrinos, 4,9% de matière ordinaire, 27% de matière noire, 68% d'énergie noire. Cette quête, qui pour certains a commencé dans les années 1920, a reçu une réponse inattendue à la fin des années 1990.
Donc, si l'énergie sombre domine l'expansion de l'univers, qu'est-ce que cela signifie pour notre destin? Tout dépend de la façon dont - ou si - l'énergie noire évolue avec le temps. Voici cinq options.
L'énergie sombre est une constante cosmologique dominante en expansion. Il s'agit de la valeur par défaut et prend en compte nos meilleures données. Alors que la matière devient moins dense à mesure que l'univers se dilate, se dilue à mesure que le volume se dilate, l'énergie sombre représente la quantité d'énergie non nulle inhérente au tissu de l'espace lui-même. Au fur et à mesure que l'univers se dilate, la densité de l'énergie sombre reste constante, ce qui fait que l'expansion reste toujours positive.
Cela se traduit par un univers en expansion exponentielle et finira par pousser tout ce qui ne fait pas partie de notre groupe local. Déjà 97% de l'Univers visible devient inaccessible dans de telles conditions.
L'énergie sombre est dynamique et devient plus puissante avec le temps. L'énergie sombre semble être une nouvelle forme d'énergie inhérente à l'espace lui-même, ce qui implique qu'elle a une densité d'énergie constante. Mais cela peut aussi changer avec le temps. L'un des moyens possibles de changer est qu'il augmente progressivement, ce qui entraînera une accélération du taux d'expansion de l'univers.
Les objets distants non seulement s'éloigneront de nous, mais le feront de plus en plus vite. Pire encore, les objets qui sont maintenant liés par la gravitation - comme des amas de galaxies, des galaxies individuelles, des systèmes solaires et même des atomes - se détacheront un jour à mesure que l'énergie sombre durcira. Dans les derniers instants de l'existence de l'univers, les particules subatomiques et le tissu de l'espace-temps lui-même seront déchirés. Ce destin - le Big Rip - est notre deuxième option.
L'énergie sombre est dynamique et s'affaiblit avec le temps. Sinon, comment l'énergie noire peut-elle changer? Au lieu de se renforcer, il peut s'affaiblir. Bien sûr, le taux d'expansion est cohérent avec une quantité constante d'énergie appartenant à l'espace lui-même, mais cette densité d'énergie peut également diminuer.
S'il s'affaiblit à zéro, tout arrivera à l'une des possibilités décrites ci-dessus: Le Grand Gel. L'univers s'étendra, mais sans suffisamment de matière et d'autres formes d'énergie pour l'aider à s'effondrer à nouveau.
Si la décroissance devient négative, cela pourrait conduire à une autre possibilité: le Big Shrink. L'univers sera rempli d'énergie inhérente à l'espace, qui changera soudainement de signes et provoquera la contraction de l'espace. Cette option est également possible.
L'énergie sombre se transformera en une autre forme d'énergie qui rajeunit l'univers. Si l'énergie noire ne se désintègre pas, mais reste constante ou même s'intensifie, une autre possibilité se présente. Cette énergie inhérente au tissu de l'espace peut ne pas toujours rester sous cette forme. Au lieu de cela, il peut se transformer en matière et en rayonnement, comme ce qu'il était lorsque l'inflation cosmique a pris fin et que le Big Bang a commencé.
Si l'énergie noire reste constante jusqu'à ce point, elle créera une version très, très froide et diffuse du Big Bang à incandescence, dans laquelle seuls les neutrinos et les photons peuvent se créer. Mais si l'intensité de l'énergie noire augmente, cela pourrait conduire à un état similaire à l'inflation, suivi d'un nouveau Big Bang vraiment incandescent. C'est le moyen le plus simple de rajeunir l'Univers avec les paramètres donnés.
L'énergie sombre est associée à l'énergie zéro du vide quantique et se désintègre, détruisant notre univers. C'est l'occasion la plus destructrice de toutes. Et si l'énergie noire n'était pas la vraie quantité d'espace vide dans les configurations d'énergie la plus basse, mais était le résultat de symétries dans l'Univers primitif, alors qu'elles étaient dans une fausse configuration minimale?
Si tel est le cas, il doit y avoir un moyen de créer un tunnel quantique dans un état d'énergie inférieure en modifiant les lois de la physique et en éliminant tous les états liés (c'est-à-dire les particules) des champs quantiques aujourd'hui. Si le vide quantique est instable dans ce sens, là où se produit cette décomposition, le résultat sera la destruction de tout ce qui se trouve dans l'univers à travers une bulle qui se propage à la vitesse de la lumière. Si un tel signal nous parvient, nous finirons nous aussi.
Bien que nous ne sachions pas laquelle de ces possibilités sera vraie pour notre Univers, les données votent simplement frénétiquement en faveur de la première option: l'énergie noire est en effet une constante. À l'heure actuelle, nos observations sur la façon dont l'univers a évolué - en particulier grâce au rayonnement de fond des micro-ondes cosmiques et à la structure à grande échelle de l'univers - imposent des limites sévères à la marge de manœuvre de l'énergie noire pour changer.
Ilya Khel
