1°S3 H.A.M.M.
TPE 2014

Le Big Rip
Depuis la fin du XXè siècle, un nombre croissant d'observations suggère que l'expansion de l'univers s'accélère au cours du temps. Cela signifie que notre avenir sera marquée par la solitude, avec des galaxies s'éloignant toujours plus les unes des autres et aucun espoir (si jamais vous en aviez) de voyager entre elles. Mais l'Univers qui est né dans une expansion brutale et intense pourrait-il finir avec une expansion encore plus violente ?
Ce que nous savons
Les résultats obtenus par la sonde américaine ( et oui encore ces américains...) WMAP ont confirmé que l'univers est principalement constitué d'énergie noire, énergie que l'on pense être responsable de l'accélération actuelle de l'expansion de l'Univers. Mais qu'arriverait-il si le taux d'accélération augmentait avec le temps, comme une voiture qui accélèrerait en descendant une pente ? "Un Big Rip" est la réponse selon Robert Caldwell, professeur de physiques et d'astronomie à l'Université Dartmouth. Dans ce scénario, l'accélération de l'expansion de l'univers devient infinie en un temps fini, dominant finalement toutes les forces, y compris la force nucléaire forte qui lie les quarks dans les neutrons et les protons ensemble, entrainant la déchirure de tous les corps composant l'univers.
Equation d'état
Avant d'entrer dans le vif du sujet, il faut vous expliquez de ce qui arrive à l'univers lorsqu'il s'étend. Votre instinct pourrait vous dire que comme l'univers s'étend, toute la matière qui le compose va se diffuser, s'étaler. Dans ce cas, votre instinct ne vous fait pas faux pas - du moins lorsqu'il est question de matière ordinaire.
Il s'avère que ce qui arrive aux objets dans l'univers ne dépend pas que de l'univers mais surtout du comportement de cet objet lui même. Plus la pression est haute, plus l'objet se diffuse rapidement: c'est ce qui est logique de penser. Prenez un exemple simple : lorsque vous soufflez sur votre soupe pour la refroidir, vous observez que la soupe s'étale tout autour de l'endroit ou vous soufflez et donc là où vous exercez une pression.
Mais c'est ici que l'énergie noire se démarque.
Les cosmologues étudient le rapport entre la pression et la densité de l'énergie noire à l'aide de l'équation d'état : w=P/ρ
Ainsi, la plupart des cosmologues pensent qu'il est très probable que w soit exactement égal à -1, car il y a plusieurs phénomènes physiques - l'énergie du vide, la constante cosmologique et d'autres encore - qui peuvent produire ce résultat. Étant donné que si -1.13 ± -0.13=-1, nous obtenons notre fameuse constante cosmologique, la possibilité du Big Rip peut être écartée et les plus optimistes y trouvent aussi leur compte.
Chronologie probable du Big Rip :
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Quelques centaines de millions d'années avant le Big Rip : dislocation des super amas
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Plusieurs dizaines de millions d'années avant le Big Rip : dislocation de la Voie lactée
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Quelques années avant le Big Rip : arrachage de Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et du Système solaire
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Quelques mois avant le Big Rip : arrachage de la Terre de son orbite
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Quelques dizaines de minutes avant le Big Rip : dislocation de la Terre
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Quelques minutes avant le Big Rip : dislocation du Soleil
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10-17 seconde avant le Big Rip : dislocation des atomes.
Après le Big Rip
Qu'est-ce qui arrive après le Big Rip ? Personne ne sait exactement. La matière est présente, mais elle est dispersée, puisque les atomes sont déchirés en morceaux juste avant le Big Rip. Si l'accélération continue, les morceaux infinitésimaux et informes de matière restante pourraient continuer à subsister sur un certain niveau atomique, sans espoir de jamais être réuni à nouveau. Cette immense déchirure laisserait donc l'univers exempt de tout structure. Dans un autre cas de figure, l'énergie noire et l'énergie fantôme pourraient nous étonner et se comporter totalement différemment de ce que les scientifiques auraient pu prévoir.

Une lueur d'espoir ?
L'hypothèse la plus défendue reste celle du w=-1, ce qui signifie qu'il n'y a aucune énergie fantôme et aucun Big Rip, mais cela reste malheureusement incertain. La question de l'énergie reste sujette à débats. Je vous conseille de prendre une grande respiration et de ne pas réagir de manière excessive à ce que je suis sur le point de vous dire, mais selon les derniers résultats du satellite Planck, la meilleure évaluation de w est -1.13 ± -0.13.
Si vous êtes vraiment un grand fan de scénarios apocalyptiques, vous remarquerez immédiatement que si -1.13 ± -0.13=-1.26, w < -1. Nous sommes donc partis pour un Big Rip. Mais c'est pourquoi il est impératif de prendre en compte la marge d'erreur et surtout la deuxième possibilité.

Attendez... la Terre n'existera plus !
L'expansion de notre Soleil, dans environ sept milliards d'années, engloutira probablement notre planète et la mènera à sa destruction. Nous espérons que l'humanité (ou nos descendants cyborgs / trans-humains) sera une espèce multi-planètes à ce moment-là, assurant notre survie. Autrement, nous serons partis longtemps avant que quelqu'un ne se s'inquiète du Big Rip.
Plus sérieusement, si le rapport entre la pression de l'énergie noire et sa densité d'énergie se révèle être extrêmement tordu, imaginons qu'il soit de -15 par
exemple : le Big Rip arrivera dans seulement 800 millions d'années. Il est vrai que cela parait très lointain pour nous, mais il pourrait facilement surgir alors que l'humanité perdure.
La planète Terre n'aura pas encore été détruite par le Soleil et elle pourrait même être peuplée par nos descendants, quelle que soit leur forme.
Si le Big Rip surgit à cette vitesse, rien ne pourra l'arrêter - peu importe à quel point nos descendants seront devenus intelligents.
Espérons qu'ils auront appris à sauter d'univers en univers.
densité d'énergie
pression
Comme l'univers s'étend, l'expansion fournit de l'énergie à l'énergie noire, gardant la densité totale constante. Vous devriez maintenant savoir ce qu'est la constante cosmologique d'Einstein. Si w=-1, c'est exactement ce que vous obtenez :
une densité fixe. Et pour la plupart des scientifiques, les mesures semblent compatibles avec w=-1. Dans ce cas, pas de Big Rip, l'univers continuera son expansion mais à une vitesse constante.
Si w > -1, la densité d'énergie noire faiblira au cours du temps, ayant pour cause un ralentissement de l'expansion de l'univers.
Ici viens le cas le plus intéressant : lorsque w < -1, nous obtenons une forme particulière de l'énergie noire : l'énergie fantôme.
Cette énergie a la principale caractéristique de voir sa densité augmenter au fur et à mesure que l'Univers s'élargit. Ainsi, sa force augmente et devient infinie en un temps fini ce qui nous donne un univers terminant son existence par une singularité gravitationnelle où toutes les structures, des amas de galaxies aux atomes, sont étirés par une expansion de plus en plus violente, jusqu'à être "déchirés". Voilà ce que promet le Big Rip.
Caldwell et ses collègues disent qu'ils ne voient aucune façon d'éviter le Big Rip si cette accélération continue. Cependant, il y a un bon côté : d'après les calculs, cette catastrophe ne surviendra que dans 20 milliards d'années et les scientifiques disent qu'à ce moment-là d'autres événements auront déjà détruit notre système solaire. Les scientifiques auront largement le temps de réfléchir à des solutions, et surtout de mieux comprendre la façon dont l'énergie noire se comporte car elle n'a encore dévoilé aucun de ses secrets.