Notes sur le thème de Découvrir l'Univers: Avenir - Galaxie - Amas, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez9 January 2014

Notes sur le thème de Découvrir l'Univers: Avenir - Galaxie - Amas, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur le thème de Découvrir l'Univers: Avenir - Galaxie - Amas Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Fin de la phase stellaire, L'évaporation des galaxies, L'évaporation des amas,
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Prédire l'avenir de l'Univers est un exercice difficile. De nombreux phénomènes totalement

inconnus à l'heure actuelle sont susceptibles d'entrer en jeu et de rendre nos prédictions

complètement obsolètes. On peut en particulier citer l'énergie sombre, dont la nature est

encore inconnue et dont l'effet futur sur l'expansion de l'Univers est impossible à prédire. 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 différentes d'évolution. Soit l'Univers

continuera éternellement à être en expansion, soit il 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 sombre, même s'il n'est pas exclu que l'effet

de cette dernière change au cours du temps. Commençons donc par le cas d'un Univers en

expansion éternelle.

Fin de la phase stellaire

Le premier phénomène significatif se produira lorsque le matériau de base des étoiles, le gaz

interstellaire, commencera à se faire rare. Lors de la vie d'une étoile, une partie du gaz utilisé

est réinjecté dans le milieu interstellaire sous forme de vent stellaire ou lors de la

transformation en nébuleuse planétaire ou en supernova. Mais la plus grande partie du gaz finit

sous forme de naine blanche, d'étoile à neutrons ou de trou noir. Ainsi, 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'épuiseront et la formation d'étoiles se fera de

plus en plus rare. En conséquence, le renouvellement des générations ne sera plus assuré et les

étoiles mourront 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. Lors d'une telle rencontre, 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 s'éloigner l'un de l'autre et se

séparer définitivement. Il est même possible que les deux étoiles soient capables d'échapper à

la gravité de la galaxie et de quitter définitivement cette dernière. 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 finalement atteindre une

valeur critique à partir de laquelle le centre galactique se transforme en un trou noir

supermassif. On estime ainsi que d'ici environ un milliard de milliard d'années, chaque galaxie

aura perdu 99 pour cent de ses étoiles et se sera transformée en un trou noir d'environ un

milliard de masses solaires.

L'évaporation des amas

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 se transforme en

un trou noir pouvant atteindre un millier de milliards de masses solaires.

Cette phase de métamorphose des amas prendra environ 10^27 ans. 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. Seuls subsisteront une multitude de trous noirs de toutes masses, avec

quelques pincées d'étoiles à neutrons, de naines blanches devenues noires et de planètes.

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