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Au lieu de refroidir, l’Univers pourrait en réalité être en train de se réchauffer

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| Shutterstock

La découverte de l’accélération de l’expansion de l’Univers en 1998 a amené les cosmologistes à établir que cette accélération a commencé il y a environ 4 milliards d’années et que, sans changement notable de sa dynamique, l’Univers continuerait à se refroidir progressivement jusqu’à ce que son destin le conduise vers le Big Chill. Cependant, le destin glacé de l’Univers n’est peut-être pas inexorablement scellé. Récemment, une équipe de chercheurs a montré qu’au lieu de se refroidir, l’Univers se réchauffe au cours de son expansion. Un résultat qui pourrait faire basculer son destin du Big Chill (« Grand Froid ») au Big Blaze (« Grand Feu »).

Selon une nouvelle recherche menée par le Center for Cosmology and AstroParticle Physics (CCAPP) de l’Ohio State University, il semble que l’Univers devient de plus en plus chaud avec le temps. Après avoir sondé l’histoire thermique de l’Univers au cours des 10 derniers milliards d’années, l’équipe a conclu que la température moyenne du gaz cosmique a augmenté plus de 10 fois et atteint environ 2.2 millions de Kelvins (~2.2 millions de °C) aujourd’hui.

L’étude qui décrit leurs découvertes a été publiée dans la revue The Astrophysical Journal. L’équipe a examiné les données thermiques sur la structure à grande échelle (LSS) de l’univers. Cela fait référence aux modèles de galaxies et de matière sur la plus grande des échelles cosmiques, qui est le résultat de l’effondrement gravitationnel de la matière noire et du gaz.

« Notre nouvelle mesure fournit une confirmation directe des travaux fondateurs de Jim Peebles — lauréat du prix Nobel de physique 2019 — qui a exposé la théorie sur la manière dont la structure à grande échelle se forme dans l’Univers. À mesure que l’Univers évolue, la gravité attire la matière noire et le gaz dans les galaxies et les amas de galaxies. Cette attraction est violente ; si violente que de plus en plus de gaz est comprimé et chauffé », explique Yi-Kuan Chiang, cosmologiste à l’OSU.

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Un univers primitif plus froid que l’Univers actuel

Pour mesurer les changements thermiques au cours des 10 derniers milliards d’années, Chiang et ses collègues ont combiné les données du satellite astronomique infrarouge Planck de l’ESA et du Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Alors que Planck a été la première mission européenne à mesurer la température du fond diffus cosmologique (CMB), le SDSS est une étude multispectrale massive qui a créé les cartes 3D les plus détaillées de l’Univers.

fond diffus cosmologique mission Planck
Le fond diffus cosmologique observé par la mission Planck à différentes fréquences. Crédits : Planck Collaboration

À partir de ces ensembles de données, l’équipe a croisé huit des cartes d’intensité du ciel de Planck avec 2 millions de références spectroscopiques de décalage vers le rouge du SDSS. Combinant les mesures de décalage vers le rouge (qui sont couramment utilisées pour déterminer à quelle vitesse les objets s’éloignent de nous) et les estimations de température basées sur la lumière, l’équipe a comparé la température de nuages ​​de gaz plus éloignés (plus loin dans le temps) avec ceux plus proches de la Terre.

À partir de là, l’équipe de recherche a pu confirmer que la température moyenne des gaz dans l’Univers primitif (environ 4 milliards d’années après le Big Bang) était plus basse qu’elle ne l’est maintenant. Ceci est apparemment dû à l’effondrement gravitationnel de la structure cosmique au fil du temps, une tendance qui se poursuivra et deviendra plus intense à mesure que l’expansion de l’Univers continue de s’accélérer.

carte 3D SDSS galaxies
Les données du SDSS ont permis de reconstituer des cartes 3D de zones de l’Univers comportant des centaines de milliers de galaxies. Crédits : SDSS

Comme Chiang l’a résumé, l’Univers se réchauffe en raison du processus naturel de formation des galaxies et de la toile cosmique, et n’est pas lié aux changements de température ici sur Terre. Ces phénomènes se produisent à des échelles très différentes. Ils ne sont pas du tout connectés.

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Les conséquences d’un réchauffement progressif de l’Univers

Dans le passé, de nombreux astronomes ont fait valoir que le cosmos continuerait à se refroidir au fur et à mesure de son expansion, ce qui entraînerait inévitablement le Big Chill (ou Big Freeze). En revanche, Chiang et ses associés ont montré que les scientifiques peuvent déterminer l’évolution de la formation des structures cosmiques en « vérifiant la température » de l’Univers.

Ces découvertes pourraient également avoir des implications pour les théories qui acceptent le « refroidissement cosmique » comme une conclusion définitive. D’une part, il a été suggéré qu’une solution possible au paradoxe de Fermi est que les intelligences extraterrestres (ETI) sont en sommeil et attendent que l’Univers s’améliore (l’hypothèse d’estivation).

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Basé en partie sur la thermodynamique de l’informatique (le principe de Landauer), l’argument affirme qu’à mesure que l’Univers se refroidit, les espèces avancées seraient en mesure de tirer beaucoup plus de leurs mégastructures. De plus, si le cosmos devenait plus chaud avec le temps, cela signifie-t-il que l’émergence de la vie deviendrait moins probable avec le temps en raison de l’augmentation du rayonnement cosmique ? En supposant qu’il n’y ait pas de mécanisme pour maintenir un certain équilibre thermique, cela signifierait-il que l’Univers ne se terminera pas par un Big Chill, mais par un Big Blaze ?

Sources : The Astrophysical Journal

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