Big Rip
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Une section d'univers subissant le Big Rip
Une section d'univers subissant le Big Rip

Le Big Rip (Grande déchirure en anglais) est un modèle cosmologique proposant un scénario inhabituel de la fin de l'univers. Il prédit que la densité de celui-ci se mettra à augmenter avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), et ce malgré le fait que l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) reste en expansion. Ce modèle suppose l'existence d'une forme de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) très atypique, l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) fantôme, dont la principale caractéristique est de voir sa densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est...) augmenter alors que l'expansion se poursuit[1]. Dans ce scénario, la densité de l'univers atteint une valeur infinie en un temps fini, terminant son existence par une singularité (D'une manière générale, le mot singularité décrit le caractère singulier de quelque chose ou de quelqu'un. En particulier, le terme est employé dans les domaines suivants :) gravitationnelle où toute structure, des amas de galaxies (Un amas de galaxies est l'association de plus d'une centaine de galaxies liées entre elles par la gravitation. En deçà de 100, on parle plutôt de groupe de galaxies,...) aux atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre....) sont détruits. Ce modèle a été proposé pour la première fois en 1999 par Robert R. Caldwell[2], le nom de Big Rip (Le Big Rip (Grande déchirure en anglais) est un modèle cosmologique proposant un scénario inhabituel de la fin de l'univers. Il prédit que la densité de celui-ci se mettra à augmenter avec le temps, et ce...) ayant été introduit par lui et ses collaborateurs Marc Kamionkowski et Nevin N. Weinberg en 2003[3].

Du fait que l'univers reste ici toujours en expansion, ce modèle diffère du Big Crunch (En cosmologie, le Big Crunch est une des fins possibles à notre Univers. Analogiquement au principe du Big bang, certains scientifiques lancent la théorie du...), dans lequel l'expansion s'arrête pour laisser place à une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de contraction. Dans ce dernier cas, les objets astrophysiques sont détruits car ils entrent en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) les uns avec les autres (ils sont " écrasés ", d'où " Big Crunch "), alors que dans le cas du Big Rip, ils sont étirés par une expansion de plus en plus violente, jusqu'à être disloqués (ils sont " déchirés ", d'où " Big Rip ").

L'hypothèse du scénario du Big Rip est pour l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« heure...) marginalement compatible avec les données observationnelles et reste donc relativement spéculatif, comme la plupart des scénarios décrivant le destin de l'univers.

Motivation (La motivation est, dans un organisme vivant, la composante ou le processus qui règle son engagement dans une action ou expérience. Elle en détermine le...) du modèle

Depuis fin 1998, un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) croissant d'observations suggère que l'expansion de l'univers s'accélère au cours du temps. Concrètement, cela signifie que la vitesse (On distingue :) à laquelle s'éloigne de nous une galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au...) lointaine ne décroît pas au cours du temps, mais augmente. Ce résultat s'interprète naturellement si l'on suppose qu'une forme de matière dans l'univers exerce un effet gravitationnel non pas attractif comme la matière ordinaire, mais répulsif. Une telle forme de matière est génériquement appelée énergie sombre (En cosmologie, l'énergie sombre est une forme d'énergie hypothétique remplissant tout l'Univers et exerçant une pression négative se comportant comme une force gravitationnelle...). La pricipale caractéristique de l'énergie sombre est que sa pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) doit être négative. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme n'importe quelle autre forme de matière, l'énergie sombre voit en général sa densité affectée par l'expansion. De façon assez surprenante, l'on peut montrer que si la pression de l'énergie sombre est suffisamment négative, alors sa densité augmente lors de l'expansion de l'univers. Les propriétés ou même la nature de l'énergie sombre ne sont pas connues avec précision à l'heure actuelle (2006), quoique les observations les plus récentes suggèrent que l'énergie sombre ait un comportement très semblable à une constante cosmologique (La constante cosmologique est un paramètre rajouté par Einstein en février 1917 à ses équations de la relativité générale (1915), dans le but de...)[4], qui ne se comporte pas comme de l'énergie fantôme. Cependant, si la pression de l'énergie sombre est à peine inférieure à celle qu'aurait une constante cosmologique, alors elle serait de l'énergie fantôme. Il a donc été envisagé que l'énergie sombre puisse être de l'énergie fantôme. Il n'existe cependant aucune observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) astronomique indiquant de façon parfaitement explicite que l'énergie sombre est de l'énergie fantôme. De plus, il n'est pas certain que l'énergie fantôme représente une forme de matière physiquement acceptable. Pour ces raisons, le scénario du Big Rip reste spéculatif, ce qui ne l'a pas empêché d'attirer l'attention de nombreux chercheurs[5].

Propriétés de l'énergie fantôme

Dans le modèle du Big Rip, la densité de l'énergie fantôme augmente au cours du temps, ce qui a pour conséquence que l'expansion de l'univers devient de plus en plus violente, et tend à écarter les objets de plus en plus vite les uns des autres. La densité de l'énergie sombre finit par atteindre une densité infinie en un temps fini, et toute structure existant dans l'univers, des atomes aux amas de galaxies sont finalement détruits (" déchirés ", car éloignés les uns des autres par l'expansion) à mesure que l'expansion s'accélère. Il s'agit là d'un scénario très inhabituel car en général l'expansion de l'univers a un effet négligeable sur la taille des structures qui peuvent exister dans l'univers (des atomes au galaxies) une fois que ceux-ci sont formés.

De façon imagée, l'action de l'expansion de l'univers sur une galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) peut être vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) comme celle d'une toile élastique (l'espace) sur laquelle serait collée un morceau de carton (la galaxie). Si l'on étire la toile élastique, celle-ci ne va pas déformer le morceau de carton, car ce dernier possède des forces de cohésion suffisamment importantes. D'une manière générale on peut dire que l'énergie de liaison des molécules qui composent le morceau de carton est largement suffisante pour résister à la tension (La tension est une force d'extension.) exercée par la toile élastique. Dans le modèle du Big Rip, la densité de l'énergie fantôme augmente avec le temps. C'est un peu comme si la toile élastique devenait de plus en plus rigide, tout en subissant encore un étirement. Dans une telle situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il...), il est tout-à-fait envisageable que le morceau de carton finisse par se déchirer. L'on peut alors montrer que ce sont les plus grandes structures (amas de galaxies, etc.) qui seront disloquées en premier, les petites structures (planètes, puis atomes) connaissant le même sort ultérieurement.

La chronologie du Big Rip

La densité de l'énergie fantôme augmente lors de l'expansion, alors que la densité de la matière ordinaire ou la densité d'énergie du rayonnement électromagnétique (Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique et magnétique.) diminue au cours de l'expansion. Il est donc inévitable qu'à partir d'un moment donné la densité de l'énergie fantôme se mette à dominer les autres, et ce quelle que soit sa valeur à l'époque du Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que...). L'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré...) de l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique,...) de l'expansion de l'univers révèle de plus que l'énergie noire n'est prépondérante par rapport aux autres formes d'énergie que depuis des époques relativement récentes (quelques milliards d'années). À terme, toute les formes d'énergie de l'univers deviendront négligeables devant l'énergie fantôme, ce n'est qu'au sein des objets astrophysiques (étoiles, galaxies) que la densité d'énergie fantôme sera localement plus faible que les autres formes de densité d'énergie. Cependant cet état ne pourra perdurer éternellement car l'énergie fantôme augmentera avec le temps, jusqu'à inéluctablement dépasser l'énergie de liaison de ces objets. Les calculs montrent qu'un système gravitationnellement lié sera disloqué quand le temps qui nous séparera de la singularité gravitationnelle sera de l'ordre de sa période orbitale (En astronomie, la période orbitale désigne la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour effectuer une orbite complète. Par exemple, la Terre a une période orbitale...).


L'on peut ainsi prédire la chronologie suivante :

  • Quelques centaines de millions d'années avant le Big Rip : dislocation des super amas
  • Plusieurs dizaines de millions d'années avant le Big Rip : dislocation de la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie dans laquelle se situent le...)
  • Quelques années avant le Big Rip : arrachage de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis...)
  • Quelques mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) avant le Big Rip : arrachage de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...) de son orbite.
  • Quelques dizaines de minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon,...) avant le Big Rip : dislocation de la Terre.
  • Quelques minutes avant le Big Rip : dislocation du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la...).
  • 10-17 secondes avant le Big Rip : dislocation des atomes.

Il importe de remarquer que la taille de l'univers observable (L'univers observable est un terme utilisé en cosmologie pour décrire la partie visible de notre Univers. Par définition même, la limite de cette partie visible est située à l'horizon cosmologique. Du...) restera toujours plus grande que la taille des systèmes qui seront en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour transporter des marchandises),...) d'être disloqués. Ainsi, lors de la dislocation de la Voie Lactée, l'on assisterait dans le même temps à la dislocation des galaxies voisines comme la galaxie d'Andromède ou la Galaxie du Triangle (En géométrie euclidienne, un triangle est une figure plane, formée par trois points et par les trois segments qui les relient. La dénomination de...).

Le temps qui nous séparerait du Big Rip est donné approximativement par l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...) du taux d'expansion aujourd'hui, soit l'inverse la constante de Hubble (c'est-à-dire le temps de Hubble). Il est donc de l'ordre de quinze milliards d'années.

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