Notes sur le thème de découvrir l'Univers: la disparition, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez9 January 2014

Notes sur le thème de découvrir l'Univers: la disparition, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur le thème de découvrir l'Univers: la disparition. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Cas d'un proton instable, Cas d'un proton stable,
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L'avenir des étoiles à neutrons, naines noires ou autres planètes est plus difficile à prévoir que

celui des trous noirs. Il dépend surtout de la durée de vie des particules en jeu, un paramètre

qui n'est pas toujours bien connu. En particulier, la question de la stabilité du proton reste

largement ouverte. Les théories de grande unification prévoient que le proton est une particule

instable qui doit se désintégrer après un temps de l'ordre de 10^31 ans. Mais les expériences

menées pour détecter cette désintégration n'ont pour l'instant rien observé.

Cas d'un proton instable

S'il se révèle que le proton n'est pas une particule stable, les événements se dérouleront assez

rapidement, si l'on peut dire. Tous les résidus autres que les trous noirs verront peu à peu leurs

baryons se désintégrer en donnant naissance à des électrons, des neutrinos et des photons.

Après un temps de l'ordre de la durée de vie du proton, tous les baryons se seront désintégrés

et tous les résidus auront disparu. L'Univers ne contiendra plus que des trous noirs, des

photons, des neutrinos, des électrons et leurs antiparticules.

L'avenir très lointain est encore plus difficile à prédire. Il dépend en particulier du

comportement de l'électron, qui est peut être également une particule instable.

Cas d'un proton stable

Si le proton est une particule stable, l'évolution des objets sera beaucoup plus lente et s'étalera

sur des durées qui défient l'imagination. Mais même dans ce cas, la matière ne subsistera pas

éternellement.

En effet, d'après la mécanique quantique, les particules peuvent parfois se comporter comme

des ondes. Ceci leur permet d'accomplir des prouesses normalement interdites par la physique

classique. C'est par exemple le cas au centre du Soleil, où la fusion de deux protons n'est

possible que grâce au caractère ondulatoire des particules. Ces phénomènes de nature

purement quantique sont très peu probables, donc rares. Cependant, si on leur donne

suffisamment de temps, ils peuvent avoir une influence déterminante.

La première conséquence de ce type de comportement est la transformation de toute la matière

de l'Univers, mis à part les étoiles à neutrons, en fer. En effet, cet élément est le noyau le plus

stable de la nature. Pour cette raison, tous les autres noyaux ont pour but ultime de se

transformer en fer, les plus gros en se fragmentant, les plus petits en fusionnant. Ce type de

transformation n'est pas possible dans des conditions ordinaires de température et de densité.

Pourtant, grâce à la mécanique quantique, il arrive qu'un noyau puisse soudain désobéir à la

physique classique et spontanément modifier sa structure interne pour se rapprocher du fer.

De tels événements sont d'une extrême rareté, mais, dans un futur lointain, ils joueront un rôle

essentiel. Leur conséquence sera une transformation progressive de toute la matière de

l'Univers, excepté celle des étoiles à neutrons, en noyaux de fer. Ce processus s'étalera sur une

période incroyablement longue estimée à 10^500 ans.

La période suivante verra la matière se transformer en neutrons, puis en trous noirs, pour

finalement disparaître. En effet, de temps à autre, et toujours grâce à la mécanique quantique,

chaque noyau de fer verra l'un de ses protons interagir avec un électron et se transformer en

neutron. Avec le temps, ceci conduira à la métamorphose de tous les noyaux de fer en

neutrons.

Simultanément, la mécanique quantique permettra des réarrangements occasionnels dans la

structure interne des corps formés de neutrons. Ceci se traduira par une concentration de plus

en plus forte qui aboutira finalement à leur transformation en trous noirs. Ces derniers

pourront alors s'évaporer rapidement en provoquant la disparition définitive de la matière.

Ainsi, dans un temps inconcevable de l'ordre de 10 à la puissance 10^76 ans, l'essentiel de la

matière aura disparu. L'Univers ne sera plus peuplé que de photons et de neutrinos, avec

néanmoins quelques agrégats de matière trop petits pour s'effondrer en trous noirs et

disparaître.

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