Comment ne pas aimer les métaphores ? Elles simplifient des sujets qui nous dépassent, elles donnent du sens à des concepts complexes, elles transforment des pensées abstraites en images concrètes, elles caressent le cerveau dans le sens des neurones… Sous la plume des poètes, elles nous transmettent des émotions. Sous celle de Brian Greene, professeur de mathématiques et de physique à l’université Columbia de New York et auteur de « Jusqu’à la fin des temps » (Flammarion, 2021), elles rendent à peu près concevable l’immensité effrayante de la chronologie cosmique.

La pensée humaine s’est à peu près habituée aux 13,8 milliards d’années nous séparant du Big Bang. Le temps est né avec l’Univers et, depuis, ce dernier vieillit. Chaque éon qui passe – et les éons défilent comme des secondes au regard des échelles de temps applicables à l’Univers – le rapproche de sa fin.

Comme il a surgi d’une « singularité » initiale caractérisée par une densité et une température infinies pour ensuite enfler et se refroidir, il devrait donc continuer d’évoluer conformément aux lois de la thermodynamique, qui font consensus aux yeux des scientifiques. L’Univers a eu un début, et tout indique qu’il aura une fin. Reste à savoir selon quel scénario… et dans quel délai.

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L’Empire State cosmique

C’est là que les métaphores nous sont utiles, car les distances temporelles XXL dont il est ici question sont proprement démentielles. Pour nous les rendre imaginables, le spécialiste américain de la théorie des supercordes nous emmène au pied de l’Empire State Building. Sa hauteur figure l’échelle de temps du cosmos, de sa naissance à sa mort, et elle est exponentielle : chaque nouvel étage représente une durée dix fois plus longue que le précédent. Le premier rassemble les dix premières années après le Big Bang, le suivant le premier siècle, le troisième le premier millénaire et ainsi de suite… jusqu’au sommet.

Le gratte-ciel new-yorkais compte 102 étages. « De sa terrasse, on frise l’éternité », écrit joliment le chercheur. Tout là-haut, on y est à 10 puissance 102 (10¹⁰²) années après le Big Bang, autrement dit un 1 suivi de 102 zéros ! La perspective est écrasante. Elle sera pourtant insuffisante pour contenir la chronologie céleste jusqu’à l’évaporation des trous noirs, puis du vide, et le dernier souffle du temps lui-même à 10³⁵⁹. Depuis le « grand boum » originel dont tout ce que nous voyons et connaissons est sorti, l’histoire a gravi les dix premiers étages. La fin de notre système solaire va se produire dans les quelques marches qui suivent.

Elle commence par la rupture des équilibres qui empêchent le Soleil de s’effondrer sur lui-même. Depuis 5 milliards d’années, la force gravitationnelle qui comprime notre astre est contrebalancée par la fusion des noyaux d’hydrogène qui se déroule dans son coeur. L’énergie qui s’en dégage alimente l’agitation frénétique de particules rapides qui exercent une puissante pression dirigée vers l’extérieur.

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Un fragile équilibre

Brian Greene reprend ses métaphores pour décrire ce mécanisme : « C’est comme la pompe à air qui entretient le déploiement d’un château gonflable », résume-t-il. Encore 5 milliards d’années de ce régime, puis tout va se dérégler pour finir en apothéose dans le spectacle cosmique de gaz et de poussière des nébuleuses planétaires.

C’est une équipe d’astrophysiciens de l’université de Manchester, conduite par le professeur Albert Zijlstra, qui en a acquis la quasi-certitude après avoir développé un modèle de données pour mieux comprendre le cycle de vie des étoiles. Selon leurs travaux publiés dans la revue « Nature Astronomy » en 2018, la plupart des étoiles finiront ainsi, à force de brûler leur hydrogène. Dans notre boule de magma qu’est le Soleil, ce carburant représente encore trois quarts de sa masse.

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La Terre cessera d’être habitable quelque part entre 1,75 et 3,25 milliards d’années, probablement vers 2,8 milliards d’années.

Jack O’Malley-James, astrobiologiste

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En fusionnant cet hydrogène au rythme soutenu de 4 millions de tonnes par seconde, l’étoile produit de l’hélium dont les noyaux sont plus lourds, dégageant au passage une énergie thermique considérable qui rend possible la vie sur Terre. « En coulant au centre du Soleil, comme le sable versé dans une mare en remplit le fond, [les atomes d’hélium] déplacent l’hydrogène », écrit encore Greene.

Le jour viendra donc où le noyau du Soleil sera composé d’une majorité d’atomes d’hélium. Ce sera alors le début de la fin. Car pour fusionner cet élément plus lourd que l’hydrogène, la température nécessaire est d’au moins 100 millions de degrés, sept fois plus que la température actuelle du coeur de l’astre. Temporairement – au sens cosmique bien sûr -, le Soleil va trouver cette énergie en se contractant sous l’effet de la gravité, la production nucléaire devenant insuffisante pour équilibrer les deux forces opposées.

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Naissance d’une « géante rouge »

La pression et les températures vont encore s’accentuer et déclencher une nouvelle phase de fusion de l’hydrogène, dans les couches extérieures cette fois, engendrant une poussée intense qui arrêtera l’implosion et fera enfler le Soleil dans des proportions gigantesques. A ce stade de dilatation, notre astre deviendra ce que les astrophysiciens appellent une « géante rouge », en libérant une quantité considérable de matière (égale à au moins la moitié de sa masse totale) dans l’espace.

« Le sort des planètes de son système dépendra alors de deux facteurs antagonistes, prédit Greene : quelle taille atteindra alors le Soleil et combien de matière perdra-t-il au passage ? » S’il en perd beaucoup, sa masse diminuée exercera une attraction gravitationnelle plus faible, laissant les planètes s’échapper sur des orbites plus lointaines. Dans le cas contraire, Mercure, Vénus et peut-être aussi la Terre – son sort est plus incertain – seront vaporisées.

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Sur notre planète, toute vie aura disparu depuis longtemps. Dans un premier temps, la hausse des températures va accroître l’évapotranspiration, et le dioxyde de carbone indispensable à la photosynthèse des plantes sera absorbé par les vapeurs d’eau. Les espèces végétales commenceront à disparaître dans 500 millions d’années, entraînant la fin des créatures terrestres, espèce humaine (si elle n’a pas disparu avant) comprise.

Pendant un temps, les plus adaptables (au sens darwinien) des espèces parviendront à trouver refuge dans les océans… jusqu’à la vaporisation de l’eau liquide sur Terre, dans environ 1 milliard d’années, sous l’effet du réchauffement et de l’emballement de l’effet de serre. « La Terre cessera d’être habitable quelque part entre 1,75 et 3,25 milliards d’années, probablement vers 2,8 milliards d’années », selon l’astrobiologiste Jack O’Malley-James, de l’université écossaise de St Andrews. Une certitude : plus aucune espèce vivante ne sera là pour assister aux dernières convulsions du Soleil.

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Fusion galactique

A peu près au même moment où notre étoile approchera de sa fin (du moins en tant que « naine jaune », ce qu’elle est actuellement), dans 4,5 milliards d’années, va se produire un autre événement inévitable, mais cette fois à une tout autre échelle : la fusion de notre galaxie, la Voie lactée, avec sa voisine Andromède. Celle-ci se trouve actuellement à environ 2,5 millions d’années-lumière de nous et les deux galaxies spirales, s’attirant mutuellement sous l’effet de la gravité, foncent l’une sur l’autre à la vitesse relative de 400.000 km/h.

La rencontre ne sera pas nécessairement violente, les distances entre les étoiles étant si grandes que celles-ci auront peu de chances de collisionner. Cependant, les forces gravitationnelles perturberont les orbites des étoiles et des planètes. Nombre de systèmes stellaires seront probablement éjectés vers des régions différentes de la nouvelle galaxie, que l’astrophysicien Avi Loeb, de l’université Harvard, a baptisé par anticipation Milkomeda, fusion en anglais de Milky Way et Andromeda (les francophones lui préféreront Lactomède).

L’histoire du Soleil ne s’arrête cependant pas là : survivant de la fusion galactique mais privé d’hydrogène, son coeur va se gaver d’hélium et produire des éléments encore plus lourds, du carbone et de l’oxygène, qui vont à leur tour chasser leur hélium maternel du berceau. Mais, faute d’une température suffisante à leur fusion, le réacteur nucléaire va à nouveau s’enrayer, l’attraction gravitationnelle va augmenter et l’étoile va se réchauffer. La première fois, ce mécanisme avait permis de relancer la machine. Cette fois, à cause de la trop petite taille du Soleil, la température ne pourra pas atteindre le seuil requis (600 millions de degrés) pour enclencher de nouvelles réactions nucléaires.

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Une fin paisible

A ce stade, le Soleil sera censé s’effondrer. Mais ce n’est pas ce qui se passera. Car c’est sans compter le principe d’exclusion de Pauli, du nom du physicien autrichien (Wolfgang de son prénom), un des pionniers de la mécanique quantique : il est impossible pour deux particules identiques (2 protons ou 2 électrons, par exemple) de se rapprocher trop près l’une de l’autre, stipule-t-il dès 1925.

Selon ce principe, les électrons solaires ne supporteront pas d’être tassés comme des sardines quand le coeur se contractera. « Il va se passer un moment où l’implosion sera proche de violer le principe de Pauli. Une puissante répulsion d’origine quantique interviendra. Tout se passera comme si les électrons défendaient fermement leur espace personnel et refusaient d’être comprimés davantage », écrit Greene.

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Pour achever cette lente agonie, les couches externes du Soleil seront alors dispersées dans l’espace, laissant derrière elles une boule de carbone et d’oxygène d’une densité stupéfiante, une « naine blanche », qui continuera à briller pendant encore une poignée de milliards d’années. Plus aucune réaction nucléaire ne s’y produira.

« L’énergie thermique du Soleil sera lentement dissipée dans l’espace, tels les derniers rougeoiements d’une braise », conclut l’auteur de « Jusqu’à la fin des temps ». Ce qui restera de ce charbon refroidira et s’éteindra pour ne laisser qu’un globe sombre et gelé. Une fin douce et paisible, surtout comparée au dénouement cataclysmique qui attend le reste de l’Univers… à l’étage suivant.

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