Une supernova est un événement puissant. Pendant un bref instant, une étoile brille aussi brillante qu'une galaxie, se déchirant dans une dernière tentative désespérée de lutter contre sa gravité. Alors que nous considérons les supernovae comme des choses rares et merveilleuses, elles sont assez courantes. D'après les observations d'isotopes dans notre galaxie, nous savons que une vingtaine de supernovae se produisent dans la Voie lactée tous les mille ans. Ces brillants éclairs cosmiques remplissent l'univers d'éléments lourds, et leur poussière résiduelle compose presque tout ce que nous voyons autour de nous. Mais les supernovae ne continueront pas éternellement. À un moment donné dans un futur lointain, l'univers verra la dernière supernova.
Quand la dernière supernova se produit est le sujet d'un nouvel article. En utilisant ce que nous savons de l'astrophysique, il calcule quand le dernier événement astrophysique « intéressant » se produira. Les supernovae, telles que nous les voyons aujourd'hui, sont causées par des étoiles massives. Comme toute la matière d'une étoile n'est pas rejetée par une supernova, le nombre d'étoiles géantes potentielles diminue à chaque génération. Au cours des 100 prochains milliards d'années, les grandes étoiles cesseront de se former et la première ère de supernova prendra fin.
Image en lumière visible, infrarouge et aux rayons X du reste de la supernova de Kepler (SN 1604) situé à environ 13 000 années-lumière. Crédit : NASA, ESA, R. Sankrit et W. Blair (Johns Hopkins University).
Mais les étoiles plus petites telles que les naines rouges brûleront toujours. Ils peuvent continuer à briller pendant des milliards d'années, mais même eux épuiseront leur carburant d'environ 1014années. À ce moment-là, il n'y aura plus que les noyaux restants d'étoiles mortes, effondrés en naines blanches, étoiles à neutrons ou trous noirs, selon leur masse. Les restes de plus de deux masses solaires environ s'effondreront en trous noirs. Celles dont la masse se situe entre 1,4 et 2,2 masses solaires deviendront des étoiles à neutrons, et les autres deviendront des naines blanches.
Les trous noirs et les étoiles à neutrons sont effectivement stables. Les trous noirs sont de la matière effondrée à leur limite, et les étoiles à neutrons sont maintenues contre la gravité par l'interaction de force forte entre les nucléons. Mais les naines blanches sont une autre histoire.
Schéma d'une naine blanche. Crédit : Mohamed Ibrahim Nouh
Une étoile naine blanche est maintenue contre la gravité par la pression de dégénérescence des électrons. Subrahmanyan Chandrasekhar a calculé que leur limite de masse supérieure était de 1,4 masse solaire dans les années 1930, et a estimé que tout reste plus petit que cela se refroidirait progressivement pour devenir une naine noire. Mais nous savons maintenant que les choses ne sont pas aussi simples. Les éléments les plus lourds de la naine blanche couleront, créant un noyau d'oxygène, de néon et de magnésium. Au fur et à mesure que la naine blanche se refroidit en une naine noire, les atomes du noyau se rapprochent.
Finalement, ils seront suffisamment proches pour qu'une sorte de fusion étrange puisse se produire. La fusion normale se produit à des températures très élevées. Les noyaux claquent si près les uns des autres qu'ils peuvent tunnel quantique pour fusionner en éléments plus lourds. Il n'y a pas de distance minimale pour que le tunnel quantique se produise ; c'est juste extrêmement rare à de plus grandes distances. Mais dans le cœur d'un nain noir, cela arrivera. Avec suffisamment de temps, les éléments du noyau fusionneront en fer.
On estime que cette transformation prendra environ 101100années. Lorsque le noyau d'une naine noire devient du fer dense, il peut atteindre un point critique. Pour les naines noires entre 1,2 et 1,4 masse solaire, le noyau de fer deviendra si dense que la dégénérescence des électrons ne pourra pas empêcher l'effondrement gravitationnel. Le noyau va imploser et reculer, créant une explosion de supernova. Les plus grosses naines noires exploseront en premier, suivies par des naines noires de plus en plus légères. A terme, une naine noire un peu plus massive que notre Soleil deviendra la dernière supernova de l'histoire, aux alentours de 1032000années dans le futur.
Ce sera le dernier éclat de lumière dans un cosmos froid, sombre et mort.
Référence:Caplan, M. E. ' Supernova naine noire dans un futur lointain . 'Avis mensuels de la Royal Astronomical Society(2020).