« Ce sera un peu un endroit triste, solitaire et froid », a déclaré le physicien théoricien Matt Caplan, qui a ajouté que personne ne sera là pour assister à ce long adieu qui se produira dans un avenir très lointain. La plupart des gens pensent que tout sera sombre alors que l’univers touche à sa fin. « C’est ce qu’on appelle la « mort thermique », où l’univers sera principalement constitué de trous noirs et d’étoiles brûlées », a déclaré Caplan, qui a imaginé une image légèrement différente lorsqu’il a calculé comment certaines de ces étoiles mortes pourraient changer au cours des éons.
Punctuant l’obscurité pourrait être un feu d’artifice silencieux — des explosions des restes d’étoiles qui n’étaient jamais censées exploser. Les nouveaux travaux théoriques de Caplan, professeur adjoint de physique à l’Université d’État de l’Illinois, révèlent que de nombreuses naines blanches pourraient exploser en supernova dans un avenir lointain et lointain, longtemps après que tout le reste de l’univers soit mort et devenu silencieux.
Dans l’univers actuel, la mort spectaculaire des étoiles massives dans les explosions de supernova survient lorsque les réactions nucléaires internes produisent du fer dans le noyau. Le fer ne peut pas être brûlé par les étoiles — il s’accumule comme un poison, déclenchant l’effondrement de l’étoile créant une supernova. Mais les étoiles plus petites ont tendance à mourir avec un peu plus de dignité, en rétrécissant et en devenant des naines blanches à la fin de leur vie.
« Les étoiles dont la masse est inférieure à environ 10 fois celle du soleil n’ont pas la gravité ou la densité nécessaires pour produire du fer dans leur noyau comme le font les étoiles massives, elles ne peuvent donc pas exploser en supernova pour le moment », a déclaré Caplan. « À mesure que les naines blanches se refroidiront au cours des quelques trillions d’années à venir, elles deviendront plus sombres, finiront par se figer et deviendront des étoiles « naines noires » qui ne brilleront plus. » Comme les naines blanches d’aujourd’hui, elles seront principalement composées d’éléments légers comme le carbone et l’oxygène et auront la taille de la Terre mais contiendront environ autant de masse que le soleil, leurs entrailles comprimées à des densités des millions de fois supérieures à tout ce qui existe sur Terre.
Mais ce n’est pas parce qu’elles sont froides que les réactions nucléaires s’arrêtent. « Les étoiles brillent à cause de la fusion thermonucléaire — elles sont assez chaudes pour écraser de petits noyaux ensemble pour en faire de plus gros, ce qui libère de l’énergie. Les naines blanches sont des cendres, elles sont brûlées, mais les réactions de fusion peuvent encore se produire à cause de l’effet tunnel quantique, mais beaucoup plus lentement, a déclaré Caplan. « La fusion se produit, même à température zéro, mais cela prend beaucoup de temps. » Il a noté que c’est la clé pour transformer les naines noires en fer et déclencher une supernova.
Le nouveau travail de Caplan, accepté pour publication par Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, calcule combien de temps ces réactions nucléaires prennent pour produire du fer, et combien de fer les naines noires de différentes tailles ont besoin pour exploser. Il appelle ses explosions théoriques « supernova de naine noire » et calcule que la première se produira dans environ 10 à la 1100e année. « En années, c’est comme dire le mot ‘trillion’ presque cent fois. Si vous l’écriviez, cela prendrait presque toute une page. C’est terriblement loin dans le futur. »
Bien sûr, toutes les naines noires n’exploseront pas. « Seules les naines noires les plus massives, environ 1,2 à 1,4 fois la masse du soleil, exploseront. » Malgré tout, cela signifie que pas moins de 1 % de toutes les étoiles qui existent aujourd’hui, soit environ un milliard de milliards d’étoiles, peuvent s’attendre à mourir de cette façon. Quant aux autres, elles resteront des naines noires. « Même avec des réactions nucléaires très lentes, notre soleil n’a toujours pas assez de masse pour exploser en supernova, même dans un avenir très lointain. Vous pourriez transformer tout le soleil en fer et il n’exploserait toujours pas »
Caplan calcule que les naines noires les plus massives exploseront en premier, suivies par des étoiles progressivement moins massives, jusqu’à ce qu’il n’y en ait plus aucune à faire exploser après environ 1032000 ans. À ce moment-là, l’univers sera peut-être vraiment mort et silencieux. « Il est difficile d’imaginer que quelque chose puisse venir après cela, les supernovas de naines noires pourraient être la dernière chose intéressante à se produire dans l’univers. Elles pourraient être les dernières supernovas de l’histoire. » Au moment où les premières naines noires exploseront, l’univers sera déjà méconnaissable. « Les galaxies se seront dispersées, les trous noirs se seront évaporés, et l’expansion de l’univers aura tiré tous les objets restants si loin les uns des autres qu’aucun ne verra jamais aucun des autres exploser.Il ne sera même pas physiquement possible pour la lumière de voyager aussi loin. »
Même s’il n’en verra jamais une, Caplan reste imperturbable. « Je suis devenu physicien pour une seule raison. Je voulais réfléchir aux grandes questions : pourquoi l’univers est-il là, et comment va-t-il finir ? » Lorsqu’on lui demande quelle sera la prochaine grande question, Caplan répond : « Nous allons peut-être essayer de simuler une supernova de naine noire. Si nous ne pouvons pas les voir dans le ciel, nous pourrons au moins les voir sur un ordinateur. »