Le document explore le destin futur de l'univers, débutant par la mort de la Terre et l'évolution du Soleil, puis se déplaçant à travers les différentes ères stellaires et les types d'objets cosmiques qui en résulteront. Il envisage divers scénarios pour l'avenir du cosmos, y compris le Big Rip, le Big Crunch, et le Big Freeze, tout en soulignant l'accélération de l'expansion de l'univers et la composition énergétique actuelle. La désintégration éventuelle de structures atomiques et le vide quantique sont également discutés, soulignant que même les éléments fondamentaux ne sont pas éternels.

1. LA FIN DES TEMPS
Par Sébastien Carassou
Crédit : ESO/L. Calçada

2. Crédit : ESA/Hubble (M. Kornmesser & L. L. Christensen)
I.
LA MORT DE
LA TERRE

3. Crédit : NASA's Goddard Space Flight Center/SDO/S. Wiessinger
Aujourd’hui
+30%
Il y a
4,5 milliards d’années
La luminosité du Soleil augmente
au fil du temps

4. Le phénomène d’emballement
de l’effet de serre
(Kasting 1988)
Crédit : NASA / Martin Turbet

5. Le phénomène
d’échappement atmosphérique
Crédit : NASA/GSFC; CU/LASP
H H
H
H
H
H
O
O O

6. La Terre
d’ici 1 milliard d’années
(vue d’artiste)
Crédit : Piotr Siedlecki

7. Crédit : ESO / M. Kornmesser
Géante rouge
Évolution du Soleil

8. Crédit : Wendy Kenigsburg

9. Crédit : Wendy Kenigsburg

10. Le destin ultime du Soleil
(NGC 2392)
Naine blanche
Nébuleuse
planétaire
Crédit : NASA, ESA, Andrew Fruchter (STScI), and the ERO team (STScI + ST-ECF)

11. II.
LES ASTRES
DU FUTUR
Crédit : M. Garlick/University of Warwick/ESO

12. L’ère des étoiles
(108 - 1014 ans après le Big Bang)
Crédit : Ben Lamb

13. Durée de vie d’une étoile
sur la séquence principale
Centaines de milliards d’années
Dizaine de milliards d’années
(Dizaines de) millions d’années
> 10
1
0,5
Masse
Initiale
(en Soleils)

14. Évolution du taux de formation d’étoiles
dans l’univers
Temps depuis le Big Bang
(en milliards d’années)
Taux de formation
d’étoiles
(par rapport à aujourd’hui)
2
4
6
8
2 4 6 8 10 12 14
0
D’après Pascal Oesch, Madau & Dickinson 2014

15. L’ère des cadavres stellaires
(1015 - 1039 ans après le Big Bang)
Crédit : M. Rebisz

16. Trou noir
Naine blanche
Étoile à neutrons
Bestiaire des cadavres stellaires
Crédit : ESO/L. Calçada, NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

17. Trou noir
Naine noire
Étoile à neutrons
Bestiaire des cadavres stellaires
Crédit : ESO/L. Calçada, NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

18. Crédit : LIGO, Caltech, MIT, Aurore Simonnet/Sonoma State
L’ère des trous noirs
(1040 - 10100 ans après le Big Bang)

19. Des trous noirs… pas si noirs !
(Le rayonnement de Hawking)

20. Temps
Les trous noirs s’évaporent probablement !

21. Crédit : XKCD, EHT
Le trou noir supermassif M87*
Masse estimée : 6 milliards de Soleils
Durée de vie estimée : 1096 ans

22. L’ère sombre
(> 10100 ans après le Big Bang)

23. Crédit : TVZ Design
III.
LES DIAMANTS
NE SONT PAS ÉTERNELS

24. La structure de l’atome
(schématisée)
Proton
(charge +)
Neutron
(neutre)
Électron
(charge -)

25. <
Neutron Proton
Électron
Antineutrino
Durée de vie moyenne du neutron libre :
15 minutes
La désintégration du neutron libre

26. Proton Méson
Demi-vie théorique du proton :
> 1034 ans
La désintégration du proton*
(selon les théories de grande unification)
Lepton
* Une voie possible

27. La recherche de la désintégration du proton
(Le détecteur de neutrinos Super-Kamiokande)

28. IV.
LE DESTIN
DU COSMOS
Crédit : ESO/L. Calçada

29. Temps
(milliards d’années)
0 2 4 6 8 10 12 14
0
10
10
30
40
50
60
70
Big Bang
Aujourd’hui
(13,8)
Aujourd’hui
(46,5)
Rayon
de l’univers
observable
(milliards d’années-lumière)
Point d’inflexion
(5 milliards d’années)
Expansion
décélérée
Expansion
accélérée
L’expansion de l’univers
s’accélère !

30. 68%
27%
5%
Composition de l’univers actuel
(en densité d’énergie)
Energie sombre
(répulsive)
Matière noire
(invisible)
Matière ordinaire
(étoiles, planètes…)
Crédit : Volker Springel (Max Planck Institute for Astrophysics) et al.

31. Crédit : NASA/CXC/M.Weiss
3 scénarios pour
le futur à long terme du cosmos

32. Le scénario du Big Rip
(Caldwell, 1999)
Crédit : Greg Bacon (STScI)
Échelle de temps : > 200 milliards d’années

33. Crédit : Greg Bacon (STScI)
Le scénario du Big Crunch
Échelle de temps : 100 milliards d’années

34. Le scénario du Big Freeze
(La mort thermique de l’univers)
Échelle de temps : > 101000 ans

35. Les températures d’un système isolé ont tendance à
s’équilibrer avec le temps
Chaud Froid
Flux

36. Crédit : George Hodan

37. Température moyenne de l’univers :
-270°C
Température de la surface visible du Soleil :
5500°C
L’univers aujourd’hui

38. L’univers lors de sa mort thermique

39. Crédit : NASA, ESA, and the HST Frontier Fields team (STScI)
La désintégration
du vide quantique
(Witten, 1982)

40. Tout objet matériel encapsule de l’énergie
Crédit : realnothing, Lan Francisco
Énergie

41. Faux vide
Vrai vide
Énergie
Crédit : Bo Cheng
La désintégration du vide quantique
(par effet tunnel)

42. Des bulles de vide s’étendent
à des vitesses proches de celle de la lumière

43. Pour aller plus loin
Crédit : ESO/L. Calçada