La fin de l'univers

     On pense souvent que l'univers est infini et l'on imagine mal qu'il pourrait un jour disparaître. Pourtant certaines théories scientifiques prédisent la fin de l'univers et de toute forme de vie.

     La théorie la plus ancienne prédit une fin apocalyptique de l'univers dans une densité et une chaleur infernal. Elle rejoint en ce sens l'apocalypse décrit dans la Bible. Elle s'appuie sur la force de la gravitation. La gravitation a pour effet de concentrer inexorablement les galaxies, les étoiles, les planètes et toute forme d'énergie dans l'univers. Elle diminue les espaces entrent les corps célestes, engendrant ainsi des collisions de galaxies et d'étoiles. Sur des milliards d'années, l'univers sous l'effet de la gravitation se rétrécit, les corps célestes sont de moins en moins nombreux, de plus en plus denses et dégage de plus en plus de chaleurs. Cette contraction de l'univers finit par anéantir toute forme de vie, même les atomes finissent par s'effondrer. En fin de vie, l'univers se réduit à un point microscopique composé de matières fondamentales et dégageant une énergie considérable.

     Mais cette théorie de la contraction de l'univers est mise à mal depuis que des observations scientifiques ont permis de démontrer que l'univers est en fait en expansion. De ce constat résulte une autre théorie sur la fin de l'univers. Plutôt que de finir dans une chaleur infernale, l'univers au contraire deviendrait de plus en plus froid. L'expansion de l'univers a pour effet d'éloigner les galaxies et les étoiles, une expansion qui s'accélère avec le temps. En effet la force de la gravitation, qui limite l'expansion de l'univers, diminue avec la distance. Plus les galaxies s'éloignent, plus la gravitation faiblit. Après des milliards d'années, l'expansion de l'univers aura pour conséquence d'isoler complètement les galaxies et les étoiles. Les planètes recevront de moins en moins de chaleurs et finiront par être glacée. Cette glaciation mettra fin à toute forme de vie. À la fin, cette expansion de l'univers engendra une déchirure, la fin de tout.

     Ces deux théories ne sont pas prouvées, la fin de l'univers n'interviendra pas avant des milliards de milliards d'années, il est donc impossible de prédire ce qui interviendra. Par ailleurs, on peut penser que l'univers est en constante évolution et cyclique, il peut par exemple alterner contraction et expansion. Il peut également s'effondrer en un nouveau big bang, créant ainsi un nouvel univers.

     Plus proche de nous, l'entropie (le second principe de la thermodynamique) peut causer la fin de l'univers. L'univers vieillirait tout simplement en consommant et dispersant progressivement toute son énergie, comme le gaz nécessaire à la création des étoiles. Le nombre d'étoiles diminueraient progressivement pour finir par entièrement disparaître. L'univers deviendrait alors sombre et glacé, mort et sans vie, dominé par des trous noirs.

Les nébuleuses

     Les nébuleuses sont des nuages de gaz et de poussières dans lesquels naissent et meurent les étoiles. Elles sont de différentes formes et tailles, en les observant chacun peut y voir des figures magnifiques mais il faut pour cela un puissant télescope. Certaines ressemblent à des animaux (ex : nébuleuse de l'Aigle), des arachnides (ex : nébuleuse de la Veuve noire) ou bien encore des fleurs. La beauté des nébuleuses en fait des joyaux de la galaxie.

     Il existe cinq types de nébuleuses :

- nébuleuses H2 : c'est dans ces nébuleuses que se forment les étoiles. Elles sont assez lumineuses car l'hydrogène est activée par la chaleur des étoiles naissantes. Orion est un exemple de nébuleuse H2.
- nébuleuses par réflexion : les étoiles ont dispersé les gaz et il reste essentiellement de la poussière. C'est cette poussière qui réfléchit la lumière.
- nébuleuse planétaire : elles se forment pendant la lente agonie d'une étoile.
- rémanents de supernovae : sont des nébuleuses formées suite à l'explosion d'une étoile en supernova.
- nébuleuses obscures : constituées uniquement de gaz et de poussière sans aucune étoile.

     Les Piliers de la création, dans la nébuleuse de l'Aigle, sont d'imposantes colonnes de gaz et de poussières, mesurant sept années-lumière de long. Les photographies qui ont été faite par le télescope spatial Hubble des Piliers de la création sont particulièrement connues.

L’énergie sombre

     L'univers serait composé à 73 % d'énergie sombre. Cette énergie invisible exercerait un pouvoir répulsif sur les galaxies, éloignant ainsi les galaxies les unes des autres et étirant l'univers. L'énergie sombre serait plus puissante que la force gravitationnelle et pourrait finir par détruire l'univers. Les scientifiques ont constaté que l'univers est en expansion à une vitesse de plus en plus rapide, réduisant ainsi les effets de la gravitation.

     Il est important de noté que si l'univers est en expansion, ce n'est pas le cas des galaxies, étoiles ou planètes. C'est la distance entre les galaxies qui est en expansion. Pour mesurer les distances entre les galaxies, les scientifiques observent la luminosité des supernovae de type A1. Plus une supernova est éloignée, moins elle est lumineuse ce qui permet de calculer sa distance.

     Logiquement, la gravitation devrait rapprocher les galaxies et ralentir l'expansion de l'univers. Seule la présence d'énergie sombre, une force répulsive invisible, explique l'expansion accélérée de l'univers. L'énergie sombre crée l'espace entre les galaxies. Un espace qui devient de plus en plus grand et puissant.

La matière noire

     La matière noire est composée de particules invisibles traversant tout ce qu'elle rencontre. Elle est partout présente mais il n'existe aucune preuve de son existence. La matière noire n'émet ni ne reçoit de lumière, il est donc impossible de la détecter directement.

     La matière noire traverse la matière visible sans entrer en collision avec elle. Elle serait composée de Wimp, des particules massives interagissant faiblement. Cependant les Wimp entreraient en collision avec des atomes de façon très exceptionnel (moins d’une chance sur un million), collision qui permettrait de détecter la présence de matière noire par un léger dégagement de chaleur.

     On soupçonne son existence car elle influence, grâce à sa masse gravitationnelle particulièrement lourde, les mouvements des galaxies.  Certaines galaxies tournent en effet beaucoup trop vite comparées à leur masse visible, seule la présence d'une matière invisible permettrait à ces galaxies d'avoir une masse gravitationnelle correspondant à leurs vitesses.

     Comment détecter l'invisible ? Pour observer des objets non lumineux comme la matière noire, les scientifiques observent les trajets des rayons lumineux. Ceux-ci peuvent en effet être détournés de leurs trajectoires par des matières invisibles tout comme les étoiles voient leurs orbites détourner par un trou noir.

     Les galaxies seraient composées essentiellement de matière noire. La forte masse gravitationnelle de la matière noire aurait attiré et solidifié les gaz et matières ordinaires, permettant la création des étoiles et des planètes. La matière noire serait une sorte de squelette sur lequel s'amassent les matériaux visibles.

     La matière noire représenterait 23 % de l'univers contre 4 % pour la matière ordinaire. Les 73 % restants seraient constitués d'énergie sombre.

Les constellations

     Les constellations sont des cartographies imagées des étoiles visibles depuis la Terre. Contrairement à une idée répandue, il n'y a pas douze mais treize constellations du Zodiaque. Dans l'absolue, l'Univers comprenant des milliards d'étoiles, on pourrait répertorier des milliards de constellations.

     Les étoiles n'ont pas réellement de lien physique entre elles au sein d'une constellation, les constellations étant une représentation imaginaire des hommes. Elles ont pourtant une utilité scientifique car elles permettent aux astronomes de se repérer parmi les milliards d'étoiles de la voûte céleste, tout comme les navigateurs qui utilisaient le sextant et l'étoile polaire pour trouver leur chemin. Les constellations sont également utilisées par les astrologues mais l'astrologie n'a rien de scientifique.

     Les constellations regroupent les étoiles dans une cartographie du ciel plane. Dans la réalité, les étoiles ne sont pas à égale distance de la Terre et ne se situent donc pas sur le même plan. La différence de luminosité, de taille et de densité des étoiles ainsi que la parallaxe sont des moyens utilisés par les astronomes pour calculer la distance réelle des étoiles.

     Pour des raisons inconnues, la constellation du Serpentaire a été en partie oubliée par les hommes et ne figure d'ailleurs pas dans l'astrologie du Zodiaque. Les constellations du Zodiaque se situent sur le plan de l’écliptique. Le plan de l’écliptique est le seul cercle ou peut se produire une éclipse, c’est également le trajet qu’emprunte la Terre lorsqu’elle tourne autour du Soleil. A tout d’instant, le Soleil se trouve dans l’une des constellations du Zodiaque. Cependant les constellations sont de différentes tailles, le Soleil met donc un temps différent pour traverser une constellation (7 jours seulement pour la constellation du Scorpion contre 44 pour la Vierge). Accorder un mois pour chaque constellation comme le font les astrologues est donc une aberration scientifique.

     Il est important de noter que suite à la précession de la Terre (notre planète n'étant pas une sphère parfaite), l'axe de notre planète change avec pour conséquence de modifier l'emplacement des étoiles vues de la Terre. Ainsi l'étoile polaire peut changer, aujourd'hui Polaris est l'étoile la plus lumineuse de la voûte céleste mais dans 14 000 ans ça sera Véga qui servira d'étoile polaire. Il faut également prendre en compte que les étoiles se déplacent à travers l’Univers, au cours des millénaires la cartographie du ciel change donc. Depuis 1922, l'Union Astronomique Internationale cartographie le ciel. Les constellations anciennes de Ptolémée ont été reprises et d'autres ont été ajouté en fonction des étoiles découvertes par les avancés scientifiques.

La vitesse de la lumière

     La vitesse de la lumière est de 300 000 km/s. La lumière est l'élément le plus rapide de l'univers. Elle sert d'étalon de mesure pour apprécier les distances considérables qui séparent les différentes planètes, étoiles et galaxies dans l'univers. C'est également une vitesse qui est impossible à dépasser à moins de distordre l'espace/temps. La technologie actuelle ne permet pas d'atteindre une telle vitesse.

     La vitesse de la lumière est constante dans le vide spatiale mais elle varie lorsqu'elle rencontre un obstacle. Elle diminue par exemple lorsque traverse un élément particulièrement dense comme l'eau.

     Cette vitesse exceptionnelle de la lumière permet de voir le monde de façon instantanée contrairement au son qui peut être décalé. Un exemple très connu est l'éclair que l'on voit immédiatement mais dont le grondement nous parvient avec un décalage de plusieurs secondes en fonction de sa distance.
   
     À l'échelle humaine, la lumière paraît instantanée mais pas en astronomie où les distances sont tellement considérables que même la lumière parvient avec un décalage. Quand nous observons les étoiles, les images que nous percevons proviennent du passé. Plus une étoile est lointaine, plus son image appartient au passé. Les corps céleste très éloignés permettent de voir aujourd'hui l'univers tels qu'il était il y a des milliards d'années car c'est le temps que met la lumière pour parvenir jusqu'à nous.

     Pour pouvoir apprécier les distances entre différents objets dans l'univers, les astronomes observent la couleur de la lumière. Plus des objets sont rapprochés comme une étoile et une planète satellite, plus la lumière est bleue. Inversement si les objets sont éloignés, le spectre lumineux sera rouge. L'évolution du spectre lumineux permet également de déterminer si les corps célestes se rapprochent ou au contraire s'éloignent et donc de prédire d'éventuelle collision. C’est en observant un décalage au rouge de la lumière des différentes galaxies que les astronomes ont pu déterminer que l’univers était en expansion. Cette expansion de l’espace serait même plus rapide que la vitesse de la lumière avec pour conséquence que la lumière des objets célestes les plus lointains, au-delà de 13,5 milliards années-lumière (1 année-lumière est égale à  9 600 milliards de km), ne nous parviendraient plus.  

Les comètes et astéroïdes

     Comètes et astéroïdes ont par le passé frappé la Terre et pourraient même être à l'origine de la vie en ayant apportés sur Terre de la glace (donc de l’eau), du monoxyde de carbone et des matières organiques. Leurs tailles conditionnent la puissance de leurs impacts sur une planète. Il y a plus de 65 millions d’années, un astéroïde s'est écrasé dans le golfe du Mexique et causé la disparition des dinosaures. Aujourd'hui un impact similaire pourrait anéantir notre civilisation. Comètes et astéroïdes sont donc à la fois porteurs et destructeurs de vie.

     Une comète est un corps céleste constitué de glaces et de poussières. Elle dégage à proximité du soleil des gaz et des poussières qui forment un nuage sous forme de chevelure (la queue d'une comète). Les comètes ont été éjectées par le Soleil, lors de sa formation, à la périphérie du système solaire dans le nuage d'Oort. La comète de Halley est particulièrement connue car son orbite, proche de celle de la Terre, a permis aux astronomes de l’étudier et de la photographier. Elle contient entre autres de l’eau.

     Un astéroïde est un corps céleste, trop petit pour être considéré comme une planète, de forme irrégulières et de différentes tailles. Dans le système solaire, les astéroïdes sont concentrés dans la ceinture de Kuiper, au-delà de Neptune. On trouve également dans cette ceinture des planètes naines comme Pluton ou Cérès.

     Les impacts d'astéroïdes sont fréquents sur Terre mais ils sont de petites tailles et se désintègrent lorsqu'ils entrent dans notre atmosphère sous l'effet de la chaleur. Ces petits astéroïdes sont difficilement observables, on trouve parfois quelques fragments sur Terre. La forte attraction de la planète géante Jupiter attire la plupart des astéroïdes, limitant ainsi les impacts sur Terre.

     Comment empêcher un astéroïde de grande taille de s’écraser sur Terre ? Contrairement à ce que l’on a pu voir au cinéma, intercepter un astéroïde avec un missile nucléaire n'est pas la meilleure solution. L'idéal serait de changer la trajectoire de l'astéroïde afin qu'il frôle la Terre. Cela serait possible en envoyant à sa rencontre un vaisseau spatial tracteur ou un missile à impact. Les scientifiques ont la possibilité d'observer et de prévoir les mouvements des plus gros astéroïdes. Ils pourront donc donner l'alerte et mettre en place une mission d’interception sous réserve de trouver un accord international.

     Les comètes posent davantage de problèmes car se déplaçant trois fois plus vite, la collision avec notre planète ne serait détectée aux mieux que quelques mois avant la catastrophe !    

Les supernovae

     Une supernova marque la mort d'une étoile dans une explosion spectaculaire. Elle émet une énergie considérable.

     L’explosion d’une étoile en supernova produit une lumière intense et des éléments lourds comme le fer ou le calcium. Ces matières dispersées dans l’espace servent ensuite à former des planètes.

     Les supernovae sont à la fois créatrices de nouvelles planètes mais également destructrices. En explosant, l’étoile projette des radiations mortelles. Toutes formes de vies à proximité d’une supernova seraient détruites.

     Elle émet également des rayons cosmiques qui peuvent transformer les êtres vivants en modifiant l’ADN. Des espèces peuvent évoluer et d’autres disparaîtront.

     L’onde de choc produit par une supernova se répand à travers l’univers en laissant derrière elle des débris cosmiques : les rémanents. La collision de ces débris à grande vitesse produit une chaleur intense et des ondes radios, infrarouges, x et gamma.

     On distingue deux types de supernova :

- supernova de type Ia : elle ne possède pas d’hydrogène et son explosion est uniforme en taille et en luminosité.
- supernovae de type II : elles dégagent de l’hydrogène et ses explosions sont variables en taille et luminosité.

Les étoiles dans l’univers

     Il existe des milliards d'étoiles dans l'univers. Notre galaxie, la Voie Lactée en compte 400 milliards. Parmi toutes ses étoiles il y a notre Soleil.

     Les étoiles naissent dans des nuages de poussières et de gaz qui se rassemblent et se contractent sous l'effet de la gravitation. Les Piliers de la création, située à 7 000 années-lumière de la Terre dans la nébuleuse de l'Aigle, sont un exemple de colonnes de gaz (hydrogène) et de poussières qui permettent la création des étoiles. À l'origine ces nuages ont une température très basse mais la fragmentation et la compression augmentent la température. Après plusieurs milliers d'années, le nuage se transforme en proto-étoile qui a la forme d'un disque aplati avec en son centre un noyau de deux millions de degrés. Plusieurs millions d'années plus tard, ce noyau d'hydrogène dépasse les 18 millions de degrés et produit une fusion thermonucléaire. Les atomes d'hydrogène entrent en fusion pour former un atome d'hélium. Cette réaction nucléaire permet la vie d'une étoile en lui fournissant l'énergie nécessaire pour produire de la lumière et de la chaleur.

     Une fois l'étoile créée, elle doit lutter contre la gravitation afin de ne pas s'effondrer et mourir. La gravitation tend à écraser le noyau de l'étoile mais la pression générée par la fusion des atomes d'hydrogène permet de repousser la contraction du noyau. Ce combat entre la gravitation et la fusion n'est cependant pas infini. Les étoiles brûlant leurs hydrogènes, elles finissent par manquer de carburant, la gravitation finit donc toujours par l'emporter et l'étoile meurt.

     Il existe différents types d'étoiles en fonction de la chaleur qu'elles dégagent. Les naines rouges sont des petites étoiles plus froides que notre Soleil, c'est le type d'étoiles le plus répandu dans l'univers. Les étoiles jaunes sont de taille intermédiaire. Notre Soleil est une naine jaune, une étoile d'une taille relativement modeste. Les plus grandes étoiles sont bleues, elles sont bien plus chaudes et lumineuses que le Soleil. Les étoiles massives vivent moins longtemps que les petites étoiles car elles brûlent plus rapidement leurs combustibles. Ainsi l'espérance de vie d'une étoile bleue n'est que d'une dizaine de millions d'années alors qu'une naine jaune comme le Soleil peut vivre plusieurs milliards d'années.

     Les étoiles jaunes passent la majeure partie de leur vie à brûler leur hydrogène. En manque d'hydrogène, le noyau des étoiles se contracte sous l'effet de la gravitation. Sa chaleur augmente alors suffisamment pour permettre la fusion de son hélium. La chaleur produite par la fusion d'hélium est tellement élevée que les couches extérieures de l'étoile se gonflent pour former une géante rouge. Après plusieurs millions d'années, l'hélium finit également par manquer, le noyau se contracte de nouveau. La gravitation rencontre cependant un nouvel adversaire, les électrons. Ceux-ci résistent à la compression, la pression dégénérative des électrons forme alors une naine blanche, une étoile de la taille d'une planète mais très massive. Mais la résistance des électrons finit par céder, l'étoile meurt alors sous la forme d'une explosion appelée supernova. En explosant une supernova éjecte dans l'univers des nuages de poussières et de gaz qui permettent, sous l'effet de la gravitation, la naissance d'étoiles et de planète comme la Terre. Nous sommes donc constitués de poussières d'étoiles.

     Il peut arriver que la gravitation combine les électrons et les protons d'une étoile en les transformant en neutron. L'étoile devient encore plus petite qu'une naine blanche pour devenir une étoile à neutron. La densité d'une étoile à neutron est considérable et elle tourne très rapidement sur elle-même, créant le phénomène des pulsars.

     Lorsqu'une étoile particulièrement dense s'effondre sous l'effet de la gravitation, elle peut créer un trou noir.

     Des étoiles plus massives que le Soleil meurt différemment. Leur chaleur est tellement élevée qu'elles peuvent brûler successivement les éléments qui la compose. Elle commence par brûler l'hydrogène qui se transforme en hélium puis l'hélium se transforme en carbone et oxygène et ainsi de suite. À la fin il ne reste plus que du fer mais la fusion du fer consomme plus d'énergie qu'il n'en fournit, le noyau devient instable et explose en supernova.

     À noter qu'il existe des étoiles avortées, les naines brunes. Elles ne dégagent pas assez de chaleurs pour permettre la fusion nucléaire. Ni planète, ni étoile, les naines brunes sont des objets mystérieux. Elles sont plus grosses qu’une planète mais plus petites qu’une véritable étoile comme notre Soleil.

     Les naines brunes peuvent créer des systèmes étranges. Une naine brune peut être située au cœur d'un système planétaire sombre et sans étoile. Inversement certains systèmes lumineux comportent plusieurs étoiles qui gravitent avec les planètes. Des systèmes planétaires qui fonctionnent à l'envers de notre système solaire ! Des cas particuliers mais des milliers ont déjà été recensés dans l’univers.