Et si l’Univers disparaissait plus vite que prévu ? Une étude remet en question les estimations

En s’appuyant sur des calculs fondés sur le rayonnement de Hawking, des physiciens ont établi que l’Univers pourrait cesser d’exister bien plus tôt qu’on ne le pensait jusqu’ici. Les naines blanches, longtemps considérées comme les vestiges stellaires les plus durables du cosmos, se désintégreraient d’ici 10⁷⁸ années, contre 10¹¹⁰⁰ selon les estimations antérieures. Ces nouveaux calculs s’appuient sur des données récentes montrant que les trous noirs ne seraient pas les seuls objets à subir une « évaporation » progressive via le rayonnement de Hawking.

Alors que les études astronomiques portent le plus souvent sur la formation et l’évolution passée de l’Univers, il est également légitime de s’interroger sur son devenir. L’évolution des galaxies est en grande partie comprise à travers celle de leurs constituants fondamentaux : les étoiles. Lorsqu’elles épuisent leur combustible, ces dernières deviennent des trous noirs, des étoiles à neutrons ou des naines blanches, selon leur masse initiale.

En 1975, Stephen Hawking avait émis l’hypothèse que des particules pouvaient s’échapper des trous noirs sous la forme d’un très faible rayonnement thermique, résultant d’effets quantiques. À proximité de l’horizon des événements, deux particules virtuelles se formeraient : l’une serait absorbée, l’autre projetée dans l’espace. Cette dynamique entraînerait une perte progressive de masse, menant à la désintégration complète du trou noir.

Cette idée venait contredire la théorie de la relativité générale d’Einstein, selon laquelle les trous noirs sont des « aspirateurs » parfaits, n’émettant aucun rayonnement et ne pouvant que croître. Hawking démontra pourtant que la courbure de l’espace-temps provoquée par leur champ gravitationnel engendre des effets quantiques produisant un rayonnement.

Longtemps limité aux seuls trous noirs, ce mécanisme pourrait, selon une étude publiée en 2023, concerner également d’autres objets massifs tels que les étoiles à neutrons et les naines blanches. Une telle extension du phénomène signifierait, à terme, l’évaporation de toute matière dans l’Univers.

Sur la base de cette théorie, la même équipe a estimé la vitesse à laquelle un tel effacement pourrait survenir, dans une nouvelle étude parue dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. « En posant ce genre de questions \[quand l’évaporation de tout ce qui existe dans l’Univers se produira ?] et en examinant des cas extrêmes, nous voulons mieux comprendre la théorie, et peut-être un jour, nous pourrions percer le mystère du rayonnement de Hawking », explique, dans un communiqué, Walter van Suijlekom, co-auteur de l’étude et professeur de mathématiques à l’université néerlandaise de Radboud.

Étoiles à neutrons et trous noirs : des durées de vie similaires ?

Des études antérieures laissaient penser que les étoiles à neutrons et les naines blanches s’évaporaient par désintégration des protons. Toutefois, la durée de vie exacte du proton demeure inconnue, et seule une limite inférieure a pu être fixée. En l’absence de ce processus, la longévité des naines blanches pourrait atteindre 10¹¹⁰⁰ ans, leur désintégration étant alors gouvernée par la fusion pycnonucléaire, un phénomène dû aux oscillations quantiques des noyaux atomiques autour de leur position d’équilibre.

Parce qu’elles étaient supposées être les objets les plus persistants de l’Univers, les naines blanches ont longtemps été considérées comme des repères temporels extrêmes. Mais l’équipe de van Suijlekom montre que le rayonnement de Hawking pourrait s’appliquer à tout objet doté d’un champ gravitationnel. D’après leurs calculs, ces astres s’éteindraient au bout de 10⁷⁸ ans. « La fin ultime de l’Univers surviendrait donc bien plus tôt que prévu, mais heureusement, elle prend encore beaucoup de temps », note Heino Falcke, auteur principal de l’étude, également affilié à l’université de Radboud.

Les données suggèrent en outre que le rythme de désintégration est fortement lié à la densité des objets, dont dépend leur champ gravitationnel. Cela signifie que les trous noirs, beaucoup plus denses, s’évaporeraient plus rapidement que les naines blanches.

Fait surprenant toutefois : les calculs montrent que les étoiles à neutrons s’évaporeraient à un rythme comparable à celui des trous noirs de masse stellaire, soit en environ 10⁶⁸ ans, malgré leur différence de densité. Selon les chercheurs, cela s’expliquerait par le fait que les trous noirs, dépourvus de surface, réabsorbent une partie de leur propre rayonnement, ce qui ralentit leur évaporation.

Les étoiles à neutrons et les naines blanches connaîtraient, tout comme les trous noirs, une fin explosive liée à une phase d’instabilité terminale. En revanche, les trous noirs supermassifs et les halos de superamas de matière noire s’évaporeraient sur des durées bien plus longues — mais finies : respectivement 10⁹⁶ et 10¹³⁵ ans.

« En conséquence, des restes stellaires fossiles d’un univers antérieur ne pourraient être présents dans notre univers actuel que si le temps de récurrence des univers de formation d’étoiles est inférieur à environ 10⁶⁸ ans », indiquent les chercheurs dans leur publication. Par ailleurs, selon leurs estimations, la Lune mettrait 10⁸⁹ ans à se désintégrer via le rayonnement de Hawking (en supposant qu’aucun autre mécanisme n’intervienne), tandis que le corps humain disparaîtrait en 10⁹⁰ ans.

Source : Journal of Cosmology and Astroparticle Physics