Entropie de l’univers

[Grimmjoww]

Bonjour,

Je suis actuellement en train de me renseigner sur l’entropie de l’univers et j’ai découvert qu’à l’ “âge de l’univers” situé à 10^31, il restera de notre univers 90% d’étoiles mortes, 9% de trous noirs massifs, et enfin 1% d’hydrogène.
Or toute étoile consomme de l’hydrogène et de ce procédé en résulte de l’hélium.
Ma question (peut être une question bête) est la suivante : comment se fait t’il qu’avec la création continue d’hélium, il ne reste que des trous noirs massifs, des étoiles mortes et de l’hydrogène ? Pourquoi ne trouve-t-on pas d’hélium à la fin de notre univers ?
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[Deedee81]

Salut,

Attention, ce n'est qu'une des fins spéculées. Il y a une bonne dizaines de fins possibles.

Ma question (peut être une question bête) est la suivante : comment se fait t’il qu’avec la création continue d’hélium, il ne reste que des trous noirs massifs, des étoiles mortes et de l’hydrogène ? Pourquoi ne trouve-t-on pas d’hélium à la fin de notre univers ?

A confirmer mais je crois que l'hydrogène en question est sous forme libre, en dehors des étoiles. Les étoiles mortes seront du style naines noires avec des compositions variables selon la masse avec de l'hydrogène, de l'hélium et selon du carbone, de l'oxygène, du néon, du magnésium et une petite quantité d'autres atomes légers.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Naine_...et_composition
(naines blanches mais leur composition évolue peu en devant une naine noire)

[Gilgamesh]

Pareil, je dirais en gros que ce qui est prédit c'est que l'expansion laissera environ 1% de l'hydrogène initial épargné dans les grands vides de la toile cosmique (de plus en plus vides mais de plus en plus vastes), tandis que 99% de la matière baryonique va participer à un processus stellaires pour finir séquestré dans un reliquat dense : naine blanche, puis noire - très majoritairement vu que la plupart des étoiles sont moins massives que le soleil - étoile à neutrons ou trou noir.

Pour les étoiles de moins de 0,5 M_☉ de masse initiale ça finira en naine blanche d'hélium et entre 0,5 et 8 M_☉ en naine blanche de carbone-oxygène. Au delà, on a des étoiles à neutron voire des trous noirs.

[pm42]

Il y a cet article qui est pas mal : https://fr.wikipedia.org/wiki/Futur_...s_en_expansion

Pour ce qui est de l'hélium, de mémoire il est consommé dans les naines blanches à hélium et progressivement on se retrouve avec du fer.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

Il y a cet article qui est pas mal : https://fr.wikipedia.org/wiki/Futur_...s_en_expansion

Pour ce qui est de l'hélium, de mémoire il est consommé dans les naines blanches à hélium et progressivement on se retrouve avec du fer.

Possible, mais ça prend alors (beaucoup) plus que 10³¹ ans.

[Deedee81]

+1

De même qu'on a un phénomène "d'érosion" (qui prend un temps considérable) qui ne laisser au final qu'un peu de d'hydrogène et de poussière de fer.
Ceci bien sûr si les protons sont stables.... le fait est qu'on n'est pas sûr.

[ordage]

Il y a cet article qui est pas mal : https://fr.wikipedia.org/wiki/Futur_...s_en_expansion

Pour ce qui est de l'hélium, de mémoire il est consommé dans les naines blanches à hélium et progressivement on se retrouve avec du fer.

Bonjour
Je croyais que les naines blanches étaient des étoiles où la fusion n'était plus active. Serait-ce de la fusion "froide" (extrêmement lente) par effet tunnel? A-t-on observé cette fusion froide? Faut dire que c'est de la prospective à très long terme.....Nous risquons d'avoir quelques soucis avant....
Cordialement

[Deedee81]

Pour ce qui est des naines blanches je ne me prononcerai pas, je n'en sais rien

La formation du fer sur des durées "cosmologiques" est due en effet à l'effet tunnel, spontanément (et vers le noyau le plus stable de tous).
Ca n'a jamais été observé (virtuellement impossible) mais connaissant l'effet tunnel et la barrière coulombienne, ce genre de prédiction est assez sûr.

Et oui il y aura bien d'autres soucis (y compris sur Terre, même sans l'homme, et sans le passage au stade naine rouge du soleil. Celui-ci devenant progressivement plus chaud, l'effet de serre s'emballera dans un milliard d'années environ et ce quoi qu'on fasse, bon, ça laisse de la marge).

P.S. attention sur ce forum, normalement on répond/discute avec le primo-posteur, on ne poste pas ses propres questions mais bon, comme il n'est pas encore revenu, petite entorse pas grave.

[pm42]

Pour ce qui est des naines blanches je ne me prononcerai pas, je n'en sais rien

Oui, j'ai été un peu vite.
Les étoiles assez massives elles consomment de l'hélium puis des éléments de plus en plus lourd quand il n'y a plus assez d'hydrogène : https://fr.wikipedia.org/wiki/Nucléosynthèse_stellaire

Et par elle mêmes, les naines blanches à hélium ne consomment pas mais par fusion par exemple, on obtient ceci : https://fr.wikipedia.org/wiki/Étoile_à_hélium_extrême

Donc si le primo-porteur revient, il peut savoir pourquoi l'Univers ne se retrouvera pas rempli d'hélium.

[Deedee81]

Et par elle mêmes, les naines blanches à hélium ne consomment pas mais par fusion par exemple, on obtient ceci : https://fr.wikipedia.org/wiki/Étoile_à_hélium_extrême

Tiens, je ne connaissais pas. Ce sont des supergéantes donc elles doivent terminer en étoile neutrons ou trou noir (mais avec une colossale éjection d'éléments lourds, en tout cas pas que de l'hélium, c'est clair)

Merci

[Grimmjoww]

Wow merci a tous pour vos réponses aussi pertinentes les unes que les autres je ne pensais trouver quelconque réponse à ma question. Je n’ai jamais été sur un forum et je vous remercie de l’expérience et de l’enrichissement.
Pour ceux que ça intéresse je suis en train de lire un livre «*Dieu, la science, les preuves*», c’est un livre qui «*prouve*» l’existence de Dieu avec des explications scientifiques et historiques.

Pour le 10^31 qui a dérangé certains il explique plusieurs étapes, bien entendu théoriques, sur la mort thermique de notre univers et j’ai voulu prendre un raccourci pour ne pas trop éterniser ma question initiale

Donc pour résumer, l’hélium sera consommé par les naines blanches. Et qu’en est-il des autres composants chimiques ?
Le soleil sera-t-il une étoile morte parmi tant d’autres, sera-t-il de la même taille ? Que deviendront les planètes ? Et enfin quelle sera la dernière étape de cette mort thermique ?
Je me doute bien que toutes les réponses seront des théories que nous n’auront malheureusement pas la chance d’en être témoins

[Garion]

Je crois que la réponse t'a déjà été donné à 10^31 ans (ça fait très long), c'est par effet tunnel que tout tendra vers le fer et par la gravité tout tendra à se réunir en étoile morte, étoile à neutron, trou noir, sauf un chouïa qui restera libre à cause de l'expansion de l'univers.

PS : un livre qui veut prouver l'existence de dieu par la science, ce n'est pas la bonne voie. On ne peut pas prouver l'existence de dieu par la science (ni même prouver son inexistence). La science se contente d'essayer de décrire et de prévoir les phénomènes, pas de donner leurs causes.

[JPL]

Rappel de la charte du forum :

Étant sur un forum scientifique et technique, les discussions religieuses ou politiques ne sont pas tolérées.

[Deedee81]

Salut,

Et enfin quelle sera la dernière étape de cette mort thermique ?

Une dilution éternelle de particules de fer (si le proton est sable et si les TN s'évaporent totalement), de neutrinos et photons, tendant vers 0K. Sans plus.
Ou pas du tout (bien malin celui qui pourrait savoir comment ça va se passer, pour caricaturer (abusivement), on a déjà du mal à dire le temps qu'il fera le lendemain, alors dans 10^31 ans )
Doit bien y avoir une bonne dizaine de fins possibles à l'univers, toutes aussi plausibles les unes que les autres.

[Ernum]

Salut,
HS, inutile de répondre

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Pour ceux que ça intéresse je suis en train de lire un livre «*Dieu, la science, les preuves*», c’est un livre qui «*prouve*» l’existence de Dieu avec des explications scientifiques et historiques.

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je me permet de rajouter une touche après JPL (j'espère qu'il ne m'en voudra pas, malgré l'interdit), histoire de dire qui est l'auteur de cette ânerie, un créationniste français, Michel-Yves Bolloré, le frère de Vincent, ça aide grandement pour la diffusion, malheureusement. Grimmjoww, si tu as une cheminée, ça peut servir pour allumer le feu, comme il n'est pas encore en livre de poche, le papier risque d'être un peu épais pour une autre utilisation.

Deedee, je me souviens, je crois dans Pour La Science, il s'étaient lancés dans une estimation avec des ordres de grandeurs largement supérieurs au googleplex, la désintégration hypothétique du proton y était pour beaucoup effectivement.

[Gilgamesh]

Fondamentalement, l'entropie est maximale à l'équilibre thermodynamique : toutes les parties du système sont à l'équilibre thermique, mécanique et chimique (incluant les processus nucléaires).

Si ce système est l'univers, il est très loin de l'équilibre (à tout point de vue : thermique, mécanique, chimique), avec ce paradoxe qu'il provient d'un état d'équilibre thermique parfait. Ce qu'on appelle "température de l'univers" est une température de rayonnement provenant de cet état d'équilibre thermique primordial. Cela signifie que l'univers est remplis d'un gaz de photons fossiles parfaitement thermalisé. Quand on mesure la répartition de l'énergie de ces photons, elle est exactement semblable à la répartition qu'on obtiendrait dans une enceinte fermée dont les murs seraient à T₀ = 2,73 K.

Ces photons n'ont pas été émis à cette température, mais à une température T = 1100 fois plus élevée, soit environ 3000 K. Et ça correspond très exactement au fait que depuis l'émission l'univers à grandit d'un facteur 1100. On appelle ce facteur le facteur d'échelle de l'univers, noté usuellement par la lettre a. On note a₀ le facteur d'échelle de l'univers actuel. La relation entre la température de rayonnement et le facteur d'échelle est vraiment très simple :

T/T₀ = a₀/a

Ce n'est que la température de ce fond fossile de rayonnement. Le reste de l'univers n'est pas à l'équilibre avec ce fond, qui ne représente plus qu'un dix-millième de l'énergie totale du cosmos (il était prépondérant dans les 100 000 premières années de l'univers).

Ce qui représente la "vie" du cosmos, c'est son énergie potentielle, et celle ci est gravitationnelle et nucléaire.

1) Gravitationnelle : tant qu'il existe des masses capables de s'effondrer, cad tant que tous les corps ne sont pas :

a) soit transformés en trous noirs,

b) soit éloignés les uns des autres au point que la vitesse de récession entre eux dépasse la vitesse de chute libre, ce qui fait que les corps ne pourront plus jamais tomber l'un sur l'autre

...alors l'univers contient de l'énergie gravitationnelle "à revendre" pour permettre à des corps de rayonner.

2) nucléaire : tant que tout l'hydrogène n'a pas été transformé en hélium puis en noyaux plus massifs, jusqu'au fer, alors à en rassemblant ce gaz, on peut en extraire de l'énergie.

Tant que tous ces processus ne sont pas achevés, on peut dire que l'univers est "vivant". Et ceci est tout à fait indépendant de la température du fond fossile qui va continuer paisiblement de refroidir en 1/a. Comme a tend vers l'infini, T va tendre vers 0, mais de façon asymptotique (c'est à dire en se rapprochant toujours plus près de cette valeur, sans jamais l'atteindre).


Concernant l'article PLS sur l'avenir ultime de l'Univers auquel fait référence Ernum, il doit s'agir de celui ci :

Chronologie du futur cosmologique
exposée par Alain Riazuelo (L'Univers aux limites de l'éternité - Dossier "Pour la science" - juin 2011, p 56 à 62).

-10¹⁴ ans : mort des dernières étoiles formées dans les premières centaines de milliards d’années
-10¹⁶ ans : les planètes sont englouties par leurs étoiles ou éjectées
-10¹⁹ ans : évaporation des galaxies
-10²² ans : dernières étoiles formées par la collision de naines brunes
-10²² ans : annihilation spontanée de la matière noire
-10²⁵ ans : annihilation de la matière noire piégée dans les cimetières d’étoiles. Les galaxies se désagrègent.

A partir de là, deux hypothèses suivant que le proton est stable ou non :

option A : proton instable :
-10³³ ans : début de la désintégration des protons
-10⁸⁵ ans : évaporation des petits trous noirs stellaires
-10¹⁰⁰ ans : évaporation des trous noirs massifs
-10⁷⁹³ ans : la dernière structure subsistant : les positronium, disparaissent

option B :proton stable
-10⁶⁵ ans : la matière solide prend une forme sphérique, évaporation des petits trous noirs
-10¹⁰⁰ ans : évaporation des trous noirs massifs
-10¹⁵⁰⁰ ans : les réactions nucléaires achèvent de transmuter tout en fer
- entre 10^{10^25} ans et 10^{10^75} : tout résidu matériel supérieur à la masse de Planck se transforme en trou noir qui s’évapore rapidement. Ne reste que de la poussière de fer...

[Ernum]

Comme d'habitude, réponse aux petits oignons, merci Gilgamesh.

[Garion]

-10²² ans : annihilation spontanée de la matière noire
-10²⁵ ans : annihilation de la matière noire piégée dans les cimetières d’étoiles. Les galaxies se désagrègent.

J'ai besoin d'un supplément d'information, comment peut-on spéculer sur la désintégration de la matière noire si on ne connais pas sa nature ?
Pour faire cette prévision, ils ont du imaginer une nature pour la matière noire, laquelle ?

Merci d'avance.

[Garion]

- entre 10^{10^25} ans et 10^{10^75} : tout résidu matériel supérieur à la masse de Planck se transforme en trou noir qui s’évapore rapidement. Ne reste que de la poussière de fer...

J'ai besoin d'une précision là aussi.
La déclaration me parait contradictoire.
Pourquoi tout résidu supérieur à la masse de Planck devrait s'évaporer ?
Pourquoi un atome de fer qui a une masse supérieure à celle de Planck devrait-il rester ?

Merci d'avance encore pour ta réponse.

[Deedee81]

Salut,

Fichtre, Garion, tes questions sont très pertinentes La réponse est qu'on n'en sait rien en réalité. C'est spéculatif. Et sans doute quelques choix de l'un ou l'autre des auteurs ayant voulu spéculer sur le futur (très) lointain.

Concernant l'annihilation de la MN cela résulte de certaines choix d'hypothèses sur sa nature. Tout particulièrement des WIMP. Si ce sont des particules super symétriques tel que des neutralinos ou des gravitinos, alors la théorie prévoir de très rares annihilation..... que certains essaient de détecter.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Weakly...sive_particles
D'autres hypothèses concernent des particules stables (donc pas d’annihilation spontanée) : https://fr.wikipedia.org/wiki/Axion par exemple.

De même tout ce qui est à l'échelle de Plancl est très spéculatif.

Notons que toutes ces particules sont plus ou moins fondées et souvent sur des hypothèses solides. Par exemple la supersymétrie est très naturelle comme idée (*). Et l'axion résulte du problème CP fort (voir lirn ci-dessus). De même le neutrino stérile a de bonnes raisons d'avoir été imaginé. D'autres idées sont plus spéculées (moins fondées mais pas fantaisistes, exemple https://france2.wiki/wiki/Q-ball). Et bien sûr n'oublions pas MOND est ses variantes.

(*) On peut démontrer que hors les symétries internes, les seules symétries possibles sont les symétries géométriques (rotation, translation dans l'espace-temps dont les boost de Lorentz), les symétries discrètes (P, T) et.... la supersymétrie. De plus la supersymétrie permet dans le groupe de renormalisation d'avoir une convergence des intensités des interactions à très haute énergie. Et d'autres avantages très attirant.

Et donc forcément en attendant validations expérimentales et réfutations, on tente tout ce qui est séduisant pour des raisons théoriques et expérimentales fortes.

Malheureusement pour notre patience, faudra attendre pour savoir ce qui est correct.

Curieusement si on en sait beaucoup plus (mais pas assez ) sur la MN que sur l'énergie noire, j'ai ma propre idée pour cette dernière alors que je suis très ouvert sur la MN, aucune préférence. On verra

[Ernum]

Salut,

quelques éléments de réponses.

Pour le fer, je note ceci dans l'article d'Alain Riazuelo :

Sur le long terme, le devenir des résidus de l’évolution stellaire dépend de la stabilité de la matière. D’après le modèle standard de la physique des particules, l’électron et le proton, ainsi qu’au moins un élément (le fer 52), sont parfaitement stables. La matière pourrait donc être, dans certains états, d’une absolue pérennité.

La fusion (nucléaire) du fer est endothermique, dans les modèles de nucléosynthèse stellaire, pour les étoiles de faible masse (type Soleil) la fusion s’arrête là.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Nucl%C...8se_stellaire:

La fusion du fer est endothermique, elle absorbe de l'énergie du milieu au lieu d'en émettre. Comme sa fission aussi nécessite un apport d'énergie, le fer est l'élément le plus stable du tableau de Mendeleïev.