Plus rien à part de rares supernovae : voici comment l’Univers pourrait s’éteindre

Il n’y aura clairement aucun humain pour assister à l’extinction de l’Univers. « Ce sera un endroit triste, vide et froid », explique le physicien Matt Caplan, afin de rappeler que l’une des théories les plus admises sur le destin final de l’Univers est celle de la mort thermique. Dans un tel avenir, il n’y aurait plus assez d’énergie thermodynamique pour le moindre mouvement, la vie ne pourrait plus continuer à perdurer ni à naître, et tout s’éteindrait donc progressivement, même les trous noirs.

Le physicien américain Matt Caplan a approfondi cette hypothèse. Comme il le détaille dans son papier de recherche publié le 7 août 2020 et l’illustre le site de son université, il s’est penché sur le processus de la mort des étoiles, qu’il a extrapolé mathématiquement jusqu’à un avenir lointain. Ses calculs lui permettent de suggérer qu’il serait tout à fait possible que les ténèbres d’une mort thermique de l’Univers soient ponctuées une dernière fois par des supernovae. Grâce à cette hypothèse, il a pu proposer une chronologie mathématique de la « fin » de l’Univers.

Que sont les naines noires ?

Les supernovae adviennent à la mort d’étoiles massives, quand l’accumulation en fer produit par les réactions nucléaires finit par briser l’équilibre. L’étoile s’effondre alors sur elle-même, avant d’exploser. D’autres étoiles, moins massives, ne se terminent pas dans une telle explosion, mais en se transformant en naines blanches, des étoiles petites, mais très denses.

Une hypothèse veut que ces naines blanches puissent finalement se transformer en des astres théoriques appelés naines noires. Les naines blanches ne produisant pas ou peu de fer et ne pouvant donc pas exploser (car le fer est une clé des supernovae), elles seraient vouées à se refroidir milliards d’années après milliards d’années, jusqu’à être si froides qu’elles n’émettraient alors plus aucune luminosité. Ces naines noires seraient très petites, de la taille de la Terre, mais extrêmement denses, 10 fois la masse du Soleil.

Une hypothèse en astrophysique veut que les naines blanches finissent par se refroidir jusqu'à devenir des « naines noires ».

Source : Pixabay

Ce refroidissement impliquerait-il la fin de toute activité au sein de ces étoiles ? Pas du tout, rappelle Matt Caplan. « Les naines blanches sont des cendres, elles sont brûlées, mais les réactions de fusion peuvent encore se produire […]. La fusion se produit, même à température zéro, mais elle prend beaucoup de temps. » Il est tout à fait possible, dans cette perspective, que du fer s’accumule au fil des milliards d’années, même une fois qu’elles sont pleinement des naines noires.

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Se reposant sur cette base, Matt Caplan s’est lancé dans des calculs visant à estimer combien de temps il faudrait pour que les naines blanches devenues naines noires aient produit assez de fer pour déclencher une « supernova de naine noire ». La réponse n’est trouvable que mathématiquement, et elle donne le vertige : la toute première supernova de ce type pourrait advenir dans 10 puissance 1 100 années (10^1100 ans). « En années, c’est comme si on disait ‘mille milliards’ presque cent fois. Si vous l’écriviez, cela prendrait la majeure partie d’une page. C’est incroyablement loin dans l’avenir », commente Matt Caplan.

La fin de la fin : à 10 années puissance 32 000 d’aujourd’hui

Les naines noires les plus massives exploseraient en premier, suivies par les naines noires moyennement massives, mais pas les plus petites. Matt Caplan rappelle en effet que toutes ces étoiles ne seraient pas forcément destinées à devenir des supernovae. D’ailleurs, notre propre Soleil ne pourrait pas faire partie des étoiles susceptibles d’exploser après sa mort, dans cet avenir : « Même avec des réactions nucléaires très lentes, notre Soleil n’a toujours pas assez de masse pour exploser dans une supernova, même dans un futur lointain. Vous pourriez transformer tout le Soleil en fer et il n’exploserait toujours pas. »

Dans le futur décrit par Matt Caplan, quand toutes les naines noires seront devenues des supernovae, que plus aucune d’entre elles ne sera susceptible d’exploser, on sera à 10 puissance 32 000 années d’aujourd’hui (10^32000 ans, des millions de milliards d’années, ce qui est bien difficile à se représenter !).

Et après la dernière supernova ?

Au moment où adviendraient ces supernovae de naines noires, on serait déjà en pleine mort thermique de l’Univers. Alors, que pourrait-il bien se passer avec ces explosions ? Rien ? « Il est difficile d’imaginer que quelque chose puisse arriver après cela, les supernovae de naines noires pourraient être la dernière chose intéressante à se produire dans l’univers », note le physicien.

« Il ne sera même pas physiquement possible pour la lumière de voyager aussi loin »

Les galaxies se seront dispersées, les trous noirs se seront évaporés, « et l’expansion de l’univers aura entraîné tous les objets restant si loin les uns des autres qu’aucun ne verra jamais les autres exploser. Il ne sera même pas physiquement possible pour la lumière de voyager loin. »

Si Matt Caplan est devenu physicien pour tenter de comprendre pourquoi l’Univers existe et comment il va se finir, il a conscience que la capacité de réponse est limitée, d’autant plus avec son hypothèse : par essence, les supernovae de naines noires n’adviendraient pas avant des milliers de milliards d’années. Mais s’il ne peut pas l’observer de ses propres yeux par un télescope, il compte bien simuler sa théorie informatiquement pour l’étayer.

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