La disparition de la matière de l’Univers


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 qui les composent, 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 dix-mille milliards de milliards de milliards d’années (1031), mais les expériences menées pour détecter cette désintégration n’ont pour l’instant rien observé.

L’avenir de l’Univers si le proton est instable

S’il se trouve 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 protons et neutrons 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 se seront désintégrés et tous les résidus stellaires 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 si celui-ci n’est pas stable.

L’avenir de l’Univers si le proton est 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 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 sont très peu probables, donc rares, mais si on leur donne suffisamment de temps, ils peuvent avoir une influence déterminante.

La transformation de la matière en fer

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 10500 ans (le chiffre 1 suivi de 500 zéros.

La transformation de la matière en neutrons et trous noirs

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 1076 ans, l’essentiel de la matière aura disparu. L’Univers ne sera plus peuplé que de photons, de neutrinos et d’électrons (si ces derniers sont stables).


Page mise à jour le 11 juillet 2015 par Olivier Esslinger