Publié le 17 octobre 2024. Une nouvelle modélisation cosmologique suggère que l’Univers pourrait s’effondrer plus tôt que prévu, remettant en question l’idée d’une expansion éternelle et ouvrant la voie à un scénario de « Big Crunch ».
- Des chercheurs chinois, espagnols et américains ont développé un modèle qui redéfinit l’évolution de l’énergie noire.
- Leurs calculs indiquent que l’Univers pourrait avoir environ 20 milliards d’années d’existence restante.
- Cette étude propose un changement de signe dans la constante cosmologique (λ), passant de positif à négatif.
Pendant des décennies, la fin de l’Univers a été envisagée comme un horizon lointain, presque inaccessible à l’imagination humaine. Les théories sur son origine et le Big Bang ont été construites sur des bases solides, étayées par des observations précises et des modèles bien définis. Cependant, la nature ultime de cet achèvement restait floue.
Aujourd’hui, une équipe internationale de scientifiques propose une nouvelle réponse qui bouleverse les conceptions établies : l’effondrement de l’Univers pourrait se produire bien plus tôt qu’on ne le pensait. Les chercheurs ont développé un modèle qui redéfinit l’évolution de l’énergie noire et révise l’un des paramètres clés de la physique cosmologique : la constante cosmologique, désignée par la lettre λ.
Selon leurs calculs, basés sur des observations récentes, l’Univers aurait environ 20 milliards d’années d’existence restante. Ce n’est pas un horizon immédiat pour l’humanité, mais une estimation qui modifie fondamentalement l’idée d’une expansion éternelle.
L’estimation provient d’une étude publiée dans le Journal de cosmologie et de physique des astroparticules, qui propose un changement de signe dans λ. « Depuis vingt ans, on croit que la constante cosmologique est positive et que l’Univers va s’étendre éternellement. Les nouvelles données suggèrent cependant que cette constante est négative et que l’Univers a une fin », a expliqué Henri Tye, physicien à l’Université Cornell et l’un des principaux auteurs.
Ce changement conceptuel remet en question des décennies de consensus scientifique. Si λ est positif, il agit comme une force de répulsion qui soutient l’expansion accélérée du cosmos. S’il est négatif, l’effet s’inverse : une attraction constante apparaît, ralentissant l’expansion et finissant par l’inverser.
Dans cette nouvelle perspective, l’Univers ne s’étendrait plus indéfiniment, mais atteindrait un point culminant avant de commencer à se contracter vers un effondrement final, connu sous le nom de Big Crunch.
L’origine de cette révision se trouve dans l’énergie noire, cette composante invisible qui remplit uniformément l’espace et représente environ 70 % du contenu énergétique du cosmos. Depuis sa découverte dans les années 1990, elle a été considérée comme le moteur d’une expansion de plus en plus rapide, conduisant à l’hypothèse d’une croissance sans limite. La découverte de l’énergie noire avait valu le prix Nobel de physique en 2011 à trois scientifiques.
Cependant, ces dernières années, des observatoires plus précis ont commencé à fournir des indices différents. Les enquêtes menées par le Dark Energy Survey au Chili et le Dark Energy Spectroscopic Instrument en Arizona ont détecté des signes qui ne correspondent pas complètement au modèle traditionnel.
Ces deux études, menées dans des hémisphères opposés et avec des méthodologies complémentaires, ont coïncidé en suggérant que l’énergie noire ne se comporte pas comme une constante pure.
Tye et ses collègues ont intégré ces informations dans un modèle qui inclut des particules hypothétiques appelées axions. Il s’agit d’entités ultralégères proposées il y a plusieurs décennies pour résoudre des problèmes de physique des particules et qui jouent un rôle fondamental dans ce contexte. Au début de l’histoire cosmique, ces axions auraient agi comme une légère force expansive, comparable à un « vent arrière » poussant un cycliste vers le haut. Au fil du temps, cette force s’affaiblit, permettant à l’attraction d’un λ négatif de prendre le dessus.
Selon Tye : « Cette grande crise définit la fin de l’Univers. » Selon le modèle, l’expansion se poursuivrait pendant environ 11 milliards d’années supplémentaires. L’élan s’arrêterait alors, l’expansion s’inverserait et le cosmos atteindrait une taille maximale d’environ 1,7 fois sa taille actuelle. À partir de là, la contraction commencerait. La phase d’effondrement serait plus courte : en seulement 8 milliards d’années, toute matière se concentrerait à nouveau en une singularité dense, semblable à celle qui a donné naissance au Big Bang, mais en sens inverse.
Cette dynamique peut être imaginée comme une montée à vélo avec un vent favorable. Au début, le vent aide à grimper sans effort. Puis il faiblit, le vélo s’arrête doucement en haut et, à mesure que la descente commence, la vitesse augmente considérablement. Ainsi, la phase d’expansion serait plus longue, tandis que la contraction se produirait avec une vitesse croissante, entraînée par l’augmentation de la densité et par l’énergie cinétique résiduelle des axions.
Jusqu’à présent, la plupart des estimations cosmologiques suggéraient que l’Univers continuerait à s’étendre indéfiniment. Cette idée était soutenue par une valeur positive de la constante cosmologique et par l’observation d’un cosmos en accélération.
Le nouveau modèle propose que λ soit légèrement négatif et que son effet, combiné à une diminution de la poussée des axions, finira par dominer. Sur la base des données actuelles, les chercheurs ont calculé que la durée de vie totale de l’Univers atteindrait 33,3 milliards d’années. Puisque 13,8 milliards d’années se sont déjà écoulées depuis le Big Bang, le temps restant serait d’environ 20 milliards d’années.
« Il a déjà été dit que si la constante cosmologique est négative, l’univers finira par s’effondrer. Ce n’est pas nouveau. Cependant, ici, le modèle indique quand et comment l’Univers s’effondre », a déclaré l’expert, estimant que pouvoir situer la fin sur une échelle de temps quantitative représente une avancée importante. Cela permet de relier les processus observables dans le présent avec des scénarios futurs et d’évaluer la cohérence interne des théories physiques.
Les scientifiques soulignent que même si les données sont cohérentes, elles ne constituent pas une prédiction définitive. Des observations plus précises seront nécessaires pour confirmer si l’énergie noire évolue de la manière proposée et si λ est effectivement négatif.
De plus, le mystère sur la nature de l’énergie noire persiste. Cela pourrait être lié aux axions, mais cela pourrait aussi être autre chose. L’important, pour les auteurs, est que le nouveau modèle ouvre une voie d’exploration qui unit des observations astronomiques de précision à des bases théoriques solides.
Tye a résumé cette motivation avec une idée claire : « Pour toute forme de vie, il est important de savoir comment elle commence et comment elle se termine : ses points finaux ». Dans les années 1960, la cosmologie démontrait que l’Univers avait un début. Aujourd’hui, les observations et modèles les plus récents permettent de réfléchir sérieusement à sa fin.