Prédire l’avenir de l’Univers est un exercice difficile. Des phénomènes totalement inconnus à l’heure actuelle sont susceptibles d’entrer en jeu et de rendre nos prédictions obsolètes. On peut en particulier citer l’impact de l’énergie noire dont la nature reste encore inconnue. En conséquence, nous allons simplement tenter de citer quelques phénomènes qui se produiront en nous appuyant sur les connaissances actuelles de la physique.
D’un point de vue global, il existe deux possibilités d’évolution différentes. Soit l’expansion de l’Univers continuera éternellement, soit elle cessera et l’Univers finira par se contracter pour finir dans un Big Crunch. Les observations du satellite WMAP semblent indiquer que l’expansion continuera éternellement sous l’effet de l’énergie noire, commençons donc par le cas d’un Univers en expansion éternelle.
La fin de la phase stellaire de l’Univers
Le premier changement significatif se produira lorsque le matériau de base des étoiles, le gaz interstellaire, commencera à se faire rare.
Lors de la mort d’une étoile, une partie du gaz initial est réinjectée dans le milieu interstellaire sous forme de nébuleuse planétaire ou de supernova, mais la plus grande partie du gaz finit sous forme de naine blanche, d’étoile à neutrons ou de trou noir. Avec chaque étoile qui naît, vit et meurt, une grande quantité de gaz se retrouve emprisonnée dans un résidu compact et ne peut plus participer à la formation de nouvelles étoiles.
Avec le temps, les réserves de gaz d’une galaxie s’épuisent et la formation d’étoiles se fait de plus en plus rare. En conséquence, le renouvellement des générations n’est plus assuré et les étoiles meurent les unes après les autres sans être remplacées. D’ici quelques centaines de milliards d’années, même les étoiles les moins massives se seront éteintes et la phase stellaire de l’Univers sera révolue. Les galaxies ne contiendront plus d’astres lumineux, mais uniquement des résidus stellaires, naines blanches, étoiles à neutrons et trous noirs, ainsi que des planètes.
L’Univers sera désormais dépourvu de source de lumière visible et apparaîtra noir aux yeux de nos lointains descendants.
L’évaporation des galaxies
La prochaine étape significative de l’évolution de l’Univers est la phase d’évaporation des galaxies, un processus très lent qui va prendre un milliard de milliards d’années.
A cause de la démesure des distances interstellaires, la rencontre de deux étoiles est un événement extrêmement rare dans une galaxie si l’on considère une durée de quelques milliards d’années. Mais si l’on attend beaucoup plus longtemps, un très grand nombre de rencontres se produisent, ce qui va avoir un effet déterminant sur l’évolution des galaxies.
Un type de rencontre particulièrement important dans ce contexte est celui qui met en jeu trois astres, une étoile isolée et un couple stellaire. Il arrive que l’étoile isolée perde une grande partie de son énergie au profit des deux autres corps. Les deux membres du couple ont alors suffisamment d’énergie pour se séparer définitivement. Il est même possible que les deux étoiles soient capables d’échapper à la gravité de la galaxie et de la quitter définitivement. Au contraire, l’étoile isolée, qui a perdu une grande partie de son énergie, ne peut plus résister à la gravité et va rapidement tomber vers le centre de la galaxie.
Ainsi, avec le temps, chaque galaxie perd peu à peu la plus grande partie de ses étoiles. Simultanément, la densité centrale de la galaxie augmente jusqu’à atteindre une valeur critique à partir de laquelle le centre galactique se transforme en un trou noir supermassif (s’il n’y en avait pas déjà un). On estime ainsi que d’ici environ un milliard de milliard d’années, chaque galaxie aura perdu 99 pour cent de ses étoiles et sera devenue un trou noir d’environ un milliard de masses solaires.
L’évaporation des amas de galaxies
Le même processus d’évaporation et de transformation en trou noir se produit pour les amas de galaxies, mais sur une période de temps encore plus longue. Du fait des rencontres aléatoires entre galaxies, chaque amas perd peu à peu la plupart de ses membres, tout en voyant sa partie centrale devenir de plus en plus dense. Finalement, le centre de l’amas devient un trou noir pouvant atteindre un millier de milliards de masses solaires.
Cette phase de métamorphose des amas prendra environ un milliard de milliards de milliards d’années. Une fois celle-ci terminée, l’Univers aura perdu la belle structure que nous lui connaissons, galaxies et amas ne seront plus que des souvenirs. Seule subsistera une multitude de trous noirs de toutes masses, avec quelques pincées d’étoiles à neutrons, de naines blanches devenues noires et de planètes.
Mis à jour le 13/10/2019 par Olivier Esslinger