Futur d'un Univers en expansion

Les observations suggèrent que l’expansion de l’Univers va se poursuivre à l’infini. Si tel est le cas, alors il existe une théorie populaire selon laquelle l’Univers se refroidira en s’étendant, si bien qu’il deviendra trop froid pour assurer la vie. Pour cette raison, ce scénario futur est communément appelé le « Big Freeze »^[1].

Si l’énergie noire (représentée par la constante cosmologique, une densité énergétique « constante » remplissant l’espace de manière homogène^[2], ou des champs scalaires tels que la Quintessence ou moduli, des quantités « dynamiques » dont la densité énergétique varie dans le temps et l’espace) accélère l’expansion de l’Univers, alors l’espace entre les amas de galaxies augmentera à un rythme croissant. Le décalage vers le rouge étirera des anciens et des nouveaux photons (y compris des rayons gamma) à des longueurs d’onde élevées et des énergies faibles indétectables. On suppose que les étoiles vont se former naturellement pour encore 10¹² à 10¹⁴ (de 1 à 100 mille milliards) d’années, mais la quantité de gaz nécessaire à la naissance des étoiles finira par s’épuiser. De plus, comme les étoiles existantes sont à court de gaz et cessent de briller, l’Univers deviendra doucement et inexorablement plus sombre, étoile après étoile^[3],[4]. D’après des théories qui prévoient que la désintégration du proton, les restes stellaires restant disparaîtront, laissant seulement derrière eux des trous noirs, qui eux-mêmes finiront par s’évaporer tant qu’ils émettront un rayonnement de Hawking^[5]. Finalement, si l’Univers atteint un état dans lequel la température approche une valeur uniforme, aucun autre travail d’une force ne sera possible, conduisant à une mort thermique de l'Univers finale^[6].