Un ciel qui se vide

futur

Les îlots

L'amas de Coma, où Zwicky a pesé en 1933 la première masse invisible, tient ensemble par la gravité de ses galaxies, et il ne grandit pas. La Terre ne grandit pas, ni le Système solaire, ni la Voie lactée : ce qu'une gravité retient ne participe pas à l'expansion. Ce que l'expansion étire, ce sont les distances entre ces îlots liés, l'espace vide entre Coma et les autres amas, et depuis que l'énergie noire a pris le dessus sur la matière, un peu après la naissance du Soleil, ces distances grandissent de plus en plus vite. Vu de l'un de ces îlots, les autres s'éloignent, et chacun s'éloigne plus vite qu'il ne le faisait. L'isolement des amas les uns des autres a déjà commencé.

Le premier jour de cet Univers se calcule avec une physique éprouvée dans les accélérateurs, vérifiée par l'hélium et par la carte du fond diffus ; le dernier jour, s'il y en a un, se calcule avec une composante dont on ignore la nature, et demander comment l'Univers finira revient à demander ce que fera l'énergie noire. Son sort tient à trois données : sa forme d'ensemble, la quantité d'énergie noire qu'il contient, l'équation d'état de cette énergie noire. Pendant presque tout le XXᵉ siècle, dans un Univers qu'on croyait fait de matière seule, la première suffisait : trop dense, l'espace se referme sur lui-même et tout retombe ; trop peu dense, l'expansion ralentit sans jamais s'arrêter ; la forme et le destin allaient ensemble. 1998 a défait ce lien, puisqu'une composante qui ne se dilue pas fait accélérer un Univers plat. La forme reste pourtant l'une des trois données, et elle est mesurée : la taille apparente des taches du fond diffus donne, par Planck et les oscillations acoustiques, une courbure nulle à 0,4 % près, et le télescope ACT, en 2025, ne trouve « aucun écart à la platitude ». La quantité l'est aussi : 68 % de la densité critique reviennent à l'énergie noire, le même manque que réclament, par des méthodes sans rien de commun, les supernovas et les oscillations. Deux des trois inconnues sont fixées. Reste la troisième.

L'équation d'état d'une composante, w, est le rapport entre sa pression et sa densité d'énergie, et elle règle ce que devient cette densité quand l'espace grandit. Pour la matière, dont la pression ne compte pas, w vaut 0 : quand chaque distance double, la même matière a huit fois plus de place, et sa densité est divisée par huit. Pour une constante cosmologique, w vaut exactement −1, et la densité ne change pas du tout, les mêmes grammes dans le même centimètre cube, que l'Univers ait sa taille d'aujourd'hui ou dix fois celle-là. Entre ces deux cas, la règle se prolonge : un w un peu au-dessus de −1 se dilue, lentement. Au-dessous de −1, elle se retourne : une énergie noire dont le w passe sous −1, dite « fantôme », devient plus dense à mesure que l'espace grandit.

La matière, elle, n'a qu'un avenir, se diluer. Le rapport des forces qui a basculé il y a quatre milliards d'années penche depuis du même côté, et rien ne peut plus le redresser : aujourd'hui la densité de la matière vaut encore 46 % de celle de l'énergie noire ; quand l'Univers aura doublé de taille, si l'énergie noire est une constante, la matière ne pèsera plus que 5 % du total ; quand il aura décuplé, 0,05 %. Le futur lointain de l'expansion appartient à l'énergie noire seule, et trois comportements de sa densité, constante, croissante, décroissante, donnent trois fins. Mais ce qu'on mesure de w porte sur le passé : DESI suit l'énergie noire sur les onze derniers milliards d'années, et décrit son w par deux nombres, sa valeur aujourd'hui et son changement au cours de l'expansion. La fin dépend de ce que w fera pendant des dizaines de milliards d'années, ou pour toujours. Passer de l'un à l'autre demande une loi qui dise comment l'énergie noire évolue, et cette loi, personne ne la connaît.

Vers le zéro

Le modèle standard fait le choix le plus simple : l'énergie noire est une constante cosmologique, et son w vaut −1 pour toujours. Dans ce prolongement de ΛCDM, l'expansion ne s'arrête jamais, et elle accélère. La matière se dilue sans fin et cesse de freiner quoi que ce soit ; l'énergie noire garde la même densité et continue d'agir, avec la même intensité dans chaque volume d'espace, les anciens comme ceux que l'expansion ajoute. Un Univers dont presque toute l'énergie a une densité fixe s'étend à un rythme qui ne faiblit plus, et les distances entre les îlots y grandissent d'autant plus vite qu'elles sont déjà grandes : deux amas éloignés s'écartent plus vite que deux amas voisins, et chaque intervalle gagné accroît la vitesse à laquelle le suivant se gagne.

La température de cet Univers se lit dans sa plus vieille lumière. Le fond diffus a été libéré vers 380 000 ans, quand le plasma avait refroidi jusqu'à 3 000 kelvins ; depuis, l'expansion l'a étiré d'un facteur 1 100, et sa température a baissé dans la même proportion, 2,725 kelvins aujourd'hui. La règle qui a servi à remonter le passé court aussi vers l'avant, et on la lit comme un thermomètre qui descend. Chaque fois que l'Univers double de taille, la température du rayonnement qui le baigne est divisée par deux. Quand il aura décuplé, le fond diffus marquera 0,27 kelvin ; quand il aura grandi mille fois, 0,003. Dans ΛCDM la taille croît sans limite, et la colonne descend toujours, par moitiés, vers un zéro absolu dont chaque doublement la rapproche et qu'aucun ne lui fait toucher.

Ce destin porte deux noms. Les cosmologistes anglophones l'appellent Big Freeze, le grand gel, formé par symétrie avec Big Bang ; le nom plus ancien, mort thermique, vient de la thermodynamique. Une mort thermique est un état où toutes les différences de température se sont effacées. Or c'est d'une différence de température que naît tout ce qui produit un travail : entre une étoile et l'espace froid qui l'entoure, la chaleur s'écoule, et tout ce qui change s'alimente à cet écoulement. Là où toutes les températures se valent, la chaleur n'a plus où aller ; plus rien ne produit de travail ; plus rien ne change. Un Univers mort de chaleur est un Univers où plus rien n'arrive.

À l'intérieur de chaque îlot, rien n'empêche l'histoire de continuer un temps. Des étoiles se forment encore aujourd'hui dans les galaxies ; mais la matière pour en faire de nouvelles ne se renouvelle pas, et les sources de ce livre ne disent ni quand s'allumera la dernière étoile, ni combien de temps brilleront les dernières, ni ce que deviendra le Soleil. Le froid lui-même n'est pas une observation du futur. Il est ce que devient le modèle standard quand on le prolonge sans limite, en supposant que l'énergie noire restera exactement ce qu'elle semble avoir été pendant onze milliards d'années : la fin qu'on obtient en ne changeant rien. Elle repose sur une seule hypothèse, la constance de l'énergie noire, et c'est celle que les données de DESI mettent en doute depuis 2025.

Les derniers astronomes

En 2007, Lawrence Krauss et Robert Scherrer mènent ce prolongement jusqu'à sa conséquence la plus étrange. Leur article s'intitule « Le retour d'un Univers statique et la fin de la cosmologie », et sa thèse tient en une phrase : « à mesure que nous extrapolons l'Univers ΛCDM actuel vers le futur, toute trace de l'expansion de Hubble disparaîtra ». Les galaxies lointaines, le fond diffus, les abondances des éléments légers, les trois indices qui ont permis de reconstituer l'histoire cosmique, deviendront inobservables ; d'éventuels astronomes du futur lointain, levant leurs instruments vers ce ciel, croiraient vivre dans un Univers statique, sans expansion ni commencement daté. Les trois indices ne s'effacent pas de la même manière.

Le premier est le plus direct. L'expansion se mesure sur des galaxies qui ne sont pas liées à l'observateur, en comparant la vitesse à laquelle elles s'éloignent et leur distance ; il faut, dans le ciel, des galaxies que l'expansion emporte. Dans le futur de ΛCDM, l'accélération les emporte de plus en plus vite ; leur lumière arrive de plus en plus étirée, de plus en plus faible, rougie au-delà du visible, puis elle n'arrive plus. Il ne reste dans le ciel que les galaxies de l'îlot, celles que leur gravité retient et qui ne s'éloignent pas. Un astronome qui mesurerait leurs vitesses les verrait aller et venir dans l'amas, les unes vers lui, les autres à l'opposé, sans décalage vers le rouge d'ensemble, sans loi qui relie vitesse et distance. L'expansion n'aurait laissé aucune trace dans son ciel.

Le deuxième est le fond diffus. C'est lui qui a fixé la composition de l'Univers et son âge calculé, lui qui porte, figée à 380 000 ans, l'empreinte d'un passé chaud et dense. L'expansion continue de l'étirer et de le refroidir, et Krauss et Scherrer concluent qu'il deviendra inobservable ; les sources de ce livre donnent leur conclusion, non le détail de leur argument. Un astronome futur n'aurait aucune raison de chercher, dans toutes les directions du ciel, un rayonnement uniforme à une fraction infime de degré au-dessus du zéro absolu. Le troisième est le plus discret. Le mélange de trois quarts d'hydrogène et d'un quart d'hélium sorti des premières minutes est la signature chimique du passé chaud : aucune étoile ne produit cette proportion. Mais les étoiles transforment l'hydrogène en hélium et en éléments plus lourds, génération après génération, et dans un futur assez lointain le gaz d'une galaxie aura été si souvent recyclé que la proportion d'origine s'y sera effacée sous les produits des étoiles ; ce mécanisme est le raisonnement de ce livre, non celui de l'article. L'hélium de l'astronome futur ne dirait plus rien des trois premières minutes.

Qu'on relise la liste. Les décalages vers le rouge ont montré que l'Univers s'étend, puis qu'il accélère. Le fond diffus a donné son âge, sa géométrie et sa composition. Les abondances primordiales ont établi qu'il a traversé, quelques minutes après le début de la phase chaude, une température de fusion nucléaire. Ce sont exactement les preuves sur lesquelles ce livre a construit son récit, depuis la soupe jusqu'à la bascule, et si ΛCDM est juste, le ciel se videra un jour des indices mêmes qui ont permis de l'écrire. Les astronomes de ce futur ne raisonneraient pas plus mal : ils appliqueraient les mêmes méthodes à un ciel qui ne contiendrait plus les données, et l'Univers statique serait la conclusion la plus économique compatible avec ce qu'ils verraient. Ce qu'on peut savoir de l'Univers ne dépend pas seulement des observateurs et de leurs instruments ; il dépend de l'époque où ils observent. Aujourd'hui, les trois traces sont encore dans le ciel : les galaxies lointaines emplissent les images profondes de Webb, le fond diffus se mesure à 2,7 kelvins, le gaz primitif garde sa part d'hélium. Les sources de ce livre ne disent pas combien de temps durera cette fenêtre.

Le livre avait rencontré une limite de ce genre à l'autre bout de l'histoire. Avant 380 000 ans, l'Univers était opaque, et aucune lumière n'en parvient : la surface d'où part le fond diffus est un mur. Ce qui se passait derrière a pu être reconstitué parce que le fond diffus en garde l'empreinte et que les éléments légers en portent la trace. Les astronomes du futur de ΛCDM perdraient jusqu'à ces empreintes. Leur limite ne tiendrait ni à la théorie, qu'ils pourraient connaître aussi bien, ni à leurs instruments, qui pourraient être meilleurs ; elle tiendrait à l'absence des données elles-mêmes. Ce ciel-là est celui d'une énergie noire strictement constante. Si elle varie, le ciel du futur sera un autre ciel.

Le déchirement et le retournement

Si le w de l'énergie noire n'est pas exactement −1, le sens de l'écart décide de la forme du futur. Le premier écart est celui d'une énergie noire fantôme, dont le w est inférieur à −1 et qui devient plus dense à mesure que l'espace grandit : l'expansion accroît alors la cause même qui l'accélère, et chaque gain de taille prépare un gain plus grand. Face à une constante, dont l'action garde une intensité fixe, l'amas de Coma et les autres îlots liés résistent indéfiniment. Face à une énergie fantôme, cette action grandit sans cesse ; l'accélération croît jusqu'à surpasser la gravité qui tient ensemble les amas, Coma se disperserait, puis les autres structures céderaient à leur tour, déchirées. C'est le Big Rip, le grand déchirement, « plus soudain » que les autres fins selon la source ; les sources de ce livre ne donnent ni la date à laquelle il surviendrait pour un w donné, ni l'ordre dans lequel les structures céderaient.

Ce scénario a pris du relief avec DESI. Plusieurs analyses de ses données situent, il y a quelques milliards d'années, un passage de w d'une valeur inférieure à −1 à une valeur supérieure. Si le signal est réel, l'énergie noire a eu, dans le passé, un comportement fantôme. Mais c'est son comportement présent et à venir qui compte pour la fin, et celui-ci irait dans l'autre sens : aujourd'hui, w0 serait supérieur à −1.

Une énergie noire dont le w est supérieur à −1 se dilue, lentement. Si ce déclin se poursuit, elle perd peu à peu la prise qu'elle a gagnée sur la matière il y a quatre milliards d'années ; l'accélération faiblit ; la suite dépend de ce vers quoi elle décline. Si sa densité tendait vers zéro, l'Univers retrouverait le régime d'avant la bascule, gouverné par la matière, et son expansion ralentirait sans s'arrêter, puisque l'espace est plat. Si elle devenait négative, elle agirait comme une attraction supplémentaire ; l'expansion pourrait s'arrêter, puis s'inverser, et l'Univers se contracterait. Le Big Crunch, le grand écrasement, qu'on croyait écarté depuis 1998, redevient possible.

Trente-trois milliards d'années

En 2025, Hoang Nhan Luu, Yu-Cheng Qiu et Henry Tye publient un article intitulé « La durée de vie de notre Univers ». Ils ajustent aux données de DES et de DESI un modèle où l'énergie noire a deux composantes : un axion, cette particule hypothétique déjà rencontrée parmi les candidats à la matière noire, pris ici comme un champ dont l'énergie évolue avec le temps, et une constante cosmologique négative. Dans ce modèle, w diffère de −1, et l'ajustement conduit les auteurs à estimer « la durée de vie de notre Univers à 33 milliards d'années ». L'Univers ayant aujourd'hui 13,8 milliards d'années, il lui en resterait à peu près 19, et l'époque d'où on l'observe se trouverait un peu avant le milieu de son histoire. Les sources de ce livre ne décrivent pas le déroulement du scénario ; sa lecture la plus naturelle est que l'énergie positive de l'axion décline jusqu'à ce que la constante négative l'emporte, et que l'expansion s'arrête alors pour s'inverser.

Le chiffre appelle trois réserves, et chacune est sérieuse. C'est le résultat d'un seul groupe, qu'aucune autre équipe n'a reproduit dans les sources lues. C'est le résultat d'un modèle particulier : l'axion et la constante négative sont un choix d'ingrédients parmi d'autres, et un autre choix, ajusté aux mêmes données, pourrait prédire une autre fin, ou pas de fin. C'est un ajustement à un signal qui se situait lui-même autour de 3σ, sous le seuil de découverte. Une quatrième tient aux dates : l'article est de 2025, il s'appuie sur des supernovas de DES que leur équipe a recalibrées en 2026, et les sources ne disent ni si le calcul a été refait avec l'échantillon recalibré, ni ce qu'il donnerait.

Le signal de DESI a deux composantes, qui ne parlent pas du futur de la même manière. Le premier nombre, w0 supérieur à −1, dit qu'aujourd'hui l'énergie noire se comporterait un peu moins qu'une constante, sa densité en léger déclin. Un déclin présent va dans le sens opposé à l'énergie fantôme, et il éloigne plutôt le déchirement. Il ne tranche pas pour autant entre l'expansion éternelle et la contraction : une densité qui baisse peut baisser vers une valeur positive, vers zéro, ou au-delà, vers une valeur négative, trois pentes et trois fins, et les données de DESI, qui décrivent le passé de w sur onze milliards d'années, ne disent pas où son déclin s'arrêtera. Le modèle de Luu, Qiu et Tye choisit la pente qui finit en contraction ; les données ne l'imposent pas.

Le signal lui-même a faibli. En 2025, la préférence pour une énergie noire variable allait de 2,8 à 4,2σ selon l'échantillon de supernovas associé à DESI ; le chiffre le plus élevé reposait sur les supernovas du Dark Energy Survey, et leur recalibration de 2026, l'échantillon DES-Dovekie, le ramène à 3,2σ, une « faible préférence » selon ses auteurs. Limitée aux données de l'Univers tardif, sans le fond diffus, l'analyse ne trouve rien de robuste, entre 1,1 et 2,3σ. Aucune combinaison n'atteint les 5σ exigés d'une découverte. Pour le futur, la conséquence tient en peu de mots : le seul indice observationnel qui écarte la constante cosmologique, et avec elle le froid sans fin, n'est pas établi, et il s'est affaibli à la dernière révision.

Le résultat le plus faux

Les trois premières minutes se calculent. La physique nucléaire est éprouvée en laboratoire, la densité de matière est mesurée par Planck, et les abondances prédites se confrontent au gaz le plus primitif : une loi connue et testée, appliquée à des conditions mesurées, et une confrontation au bout. C'est cela, une prévision, au sens où la cosmologie en fait pour le passé. Pour le futur, les conditions sont mesurées, la géométrie et la quantité d'énergie noire ; la loi manque. On ne sait pas ce qu'est l'énergie noire, ni donc comment elle évoluera. Le froid sans fin, le déchirement et la contraction sont les conséquences de trois hypothèses sur cette loi, et aucune observation disponible ne porte sur le futur lui-même. Aucune de ces fins n'est une prévision au sens fort.

La théorie ne vient pas combler ce manque. Si l'énergie noire est l'énergie du vide, la physique devrait pouvoir en calculer la valeur. La théorie quantique des champs, qui décrit les particules élémentaires, le fait ; elle obtient une valeur environ 120 ordres de grandeur trop grande. La théorie la mieux vérifiée de la physique donne, pour la grandeur dont dépend le sort de l'Univers, le résultat le plus faux qu'elle ait jamais produit. Tant que ce désaccord n'est pas compris, rien ne permet de dire si l'énergie noire est une constante, un champ qui évolue, ou autre chose.

Le livre s'arrête donc sur une limite, comme il a commencé. Au début, l'ère de Planck, en deçà d'environ 10⁻⁴³ seconde, où la physique connue cesse de s'appliquer et où la compréhension attend une théorie qui unisse la gravitation et la physique quantique. À la fin, une grandeur que l'on mesure, 68 % de la densité de l'Univers, et que la théorie ne sait pas calculer. Les deux bords ont un point commun, qui est une lecture de ce livre et non un résultat des sources : l'un et l'autre se trouvent à la jonction de la physique quantique et de la gravitation. L'ère de Planck est le régime où la gravitation elle-même devrait devenir quantique ; l'énergie du vide est une prédiction de la physique quantique dont l'effet gravitationnel, mesuré sur l'Univers entier, contredit la valeur calculée. Les sources ne relient pas les deux problèmes, et rien ne dit qu'une même théorie les résoudra.

La fenêtre

Une proposition relie explicitement les deux bords. Pour Roger Penrose, ce Big Bang serait la fin, remise à une autre échelle, d'un éon précédent, et chaque éon commencerait là où le précédent, infiniment dilué, s'achève. Dans cette cosmologie cyclique conforme, le futur glacé et vide de ΛCDM ne serait pas une fin : un Univers parvenu à ce stade deviendrait, une fois changée l'échelle à laquelle on le décrit, l'état chaud et dense d'un nouveau commencement. La question de l'avant, que le premier chapitre avait laissée suspendue, et celle de l'après recevraient la même réponse.

La proposition a un mérite que les autres scénarios du bord n'ont pas encore : elle prédit des traces de l'éon précédent dans le fond diffus, et ses tests ont été faits. En 2010, Vahe Gurzadyan et Penrose annoncent dans les données du satellite WMAP des familles de cercles concentriques où la température varie anormalement peu, à six écarts-types. En 2011, Ingunn Wehus et Hans Kristian Eriksen retrouvent ces cercles, puis montrent sur des simulations que le ciel observé est « entièrement compatible avec le modèle ΛCDM », sans éon antérieur. Des « points de Hawking », taches lues comme la trace de trous noirs de l'éon précédent, sont annoncés ensuite à 99,98 % de confiance ; une fois prise en compte la variation de la taille des anneaux, l'excès tombe à 87 %, « guère plus de 1σ ». La cosmologie cyclique conforme reste une proposition : elle montre qu'une idée sur le bord peut être mise à l'épreuve, et elle ne dit pas, en l'état, ce qu'il y a au-delà.

Il reste ce que le livre peut affirmer. Entre le seuil de l'ère de Planck et le futur que décidera l'énergie noire, l'histoire du cosmos se raconte avec précision : les trois premières minutes, où le gaz entier fait son hydrogène et son hélium ; la première lumière, libérée à 380 000 ans ; les premières étoiles ; la forge des éléments ; la naissance du Soleil, 9,2 milliards d'années après le début de la phase chaude, dans une matière déjà recyclée par des générations d'étoiles. Cette précision repose sur des traces que l'Univers a laissées à portée, et dont Krauss et Scherrer montrent qu'elles n'y resteront pas toujours. Les deux bords de ce récit sont des limites de la physique ; la fenêtre au milieu est aussi une limite dans le temps.