Les Gaulois n'avaient pas tord d'imaginer le ciel comme une voûte d'ou pourrait surgir l'apocalypse. Car les scientifiques en sont désormais sûrs : notre petite planète vit sous la triple menace d'un astéroïde géant venant la percuter, d'une galaxie fondant sur elle et du Soleil finissant par l'embraser toute entière. Certes, ce n'est pas pour demain... Il n'empêche ! D'ici à 7 milliards d'années, le ciel va bel et bien nous tomber sur la tête. - Par Cyrille Baudouin et Valérie Greffoz - SCIENCE & VIE > OCTOBRE > 2007

Une simulation l'affirme : alors qu'elle fonce déjà sur nous, la galaxie Andromède devrait entrer en collision avec la Voie lactée, provoquant dans les cieux une pagaille telle que notre planète pourrait être éjectée hors de sa galaxie !

À en faire perdre son latin à un astronome. L'étoile polaire n'indique plus le Nord, impossible de retrouver la Grande Ourse et sa forme de casserole, pas plus que le W de Cassiopée. Toutes les constellations répertoriées depuis la civilisation mésopotamienne n'en font qu'à leur tête. Ici, une pouponnière d'étoiles se cache derrière un voile de poussières. Là, une étoile en fin de vie explose en supernova. Dans ce ciel qui n'a jamais été peuplé d'autant d'étoiles, deux arches se dessinent, formant une croix. Il s'agit de la Voie lactée, observée par sa tranche, et... de la galaxie Andromède, qui s'en rapproche dangereusement. Que se passe-t-il ? Le ciel nous tomberait-il sur la tête ? Pour comprendre, il faut se projeter dans 2 milliards d'années environ : alors que cela fait au moins 5 milliards d'années que notre galaxie, la voie lactée, et sa voisine, Andromède, se rapprochent l'une de l'autre sous l'action de la force gravitationnelle, voici qu'elles entament une longue danse qui durera 3 milliards d'années. Au départ, ce ne sera qu'un frôlement... mais tout finira en apothéose, avec la fusion des deux monstres cosmiques. Tel est, en tout cas, le scénario que prévoit une nouvelle simulation informatique réalisée par deux astrophysiciens américains travaillant au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Avi Loeb et Thomas Cox. Car pour eux, pas de doute possible, la galaxie Andromède va nous tomber sur la tête, et même plus tôt que prévu : avant la mort du Soleil, qui doit avoir lieu d'ici à 7 milliards d'années.
Cela fait quelques années que les astrophysiciens envisagent sérieusement cette collision. Notamment sous l'impulsion de John Dubinski, astrophysicien à l'université de Toronto, qui a réalisé de nombreuses simulations pour étudier les "bras de marée", ces longues traînées d'étoiles qui se forment sous l'action des puissants champs gravitationnels des deux galaxies s'approchant l'une de l'autre.
Au départ, son objectif était de sonder la matière sombre, cette matière qui reste invisible et qui constituerait un quart de la matière présente dans l'Univers... Or, Thomas Cox et Avi Loeb sont allés encore plus loin, comme l'explique ce dernier : "Pour la première fois, nous avons réalisé une étude numérique détaillée de l'interaction entre les deux galaxies en tenant compte du gaz et de la matière sombre situés entre elles." Les deux astrophysiciens se sont appuyés sur de précédentes observations de telles collisions galactiques. Car ces phénomènes ne sont pas rares, comme l'a montré Hubble et ses clichés des galaxies des Antennes. Pourtant, selon une étude récente dirigée par François Hammer de l'Observatoire de Paris, notre galaxie fait exception, et n'aurait pas subi de collision majeure depuis onze milliards d'années.

À LA VITESSE DE 430 000km/h

Dans un ciel incroyablement peuplé d'étoiles, deux arches s'entrecroisent : Andromède (à g.) et notre Voie lactée. C'était sans compter sur Andromède, qui nous fonce dessus à une vitesse de quelque 430.000 km/h ! Y a-t-il une chance d'en réchapper ? Selon la simulation de Cox et Loeb, non... Elle montre que les deux galaxies, actuellement distantes de 2,2 millions d'années lumière, se rapprocheront inéluctablement l'une de l'autre jusqu'à un premier contact dans un peu moins de 2 milliards d'années. Là, les deux plus importantes galaxies de ce que les spécialistes appellent le "groupe local" - l'ensemble galactiquecomposé d'une quarantaine de galaxies auquel nous apparte nons - vont perdre leur forme spirale et se déformer sous l'effet de la formidable attraction gravitationnelle exercée par les centaines de milliards d'étoiles qui les composent. La messe sera dite. Car la force gravitationnelle poursuivra son long travail de sape jusqu'à ce que, environ 3 milliards d'années plus tard, la Voie lactée et Andromède ne forment plus qu'une seule galaxie elliptique, que Thomas Cox et Avi Loeb ont déjà baptisé Milkomeda (des noms anglais des deux galaxies, Milky Way et Andromeda). Le résultat de cette fantastique valse céleste ? Un bouleversement des équilibres gravitationnels en place. Ainsi, certaines étoiles seront éjectées dans le vide intersidéral, quand d'autres seront happées par l'une ou l'autre des deux galaxies. Et le champ gravitationnel continuant son œuvre, les régions centrales d'Andromède et de la Voie lactée seront violemnent comprimées, provoquant des flambées de naissances d'étoiles, de l'ordre d'une masse solaire par an, soit cent fois plus qu'actuellement au sein de notre galaxie.
Les plus massives d'entre elles exploseront au bout de quelques millions d'années en supernova. Un environnement particulièrement funeste pour la vie, comme le rappelle Brian Fields, astrophysicien à l'université de l'Illinois et spécialiste des risques liés aux supernovae : "Si le Soleil venait à se déplacer vers ces régions de naissances d'étoiles, alors le risque lié aux supernovae pourrait devenir sérieux durant notre transit à travers cette zone." Car le chercheur a calculé que, sous l'effet des rayons cosmiques et des radiations très énergétiques dans le domaine des X et des ultraviolets provoqués par l'explosion d'une étoile, en deçà d'une distance de 25 années-lumière, une supernova provoquerait une véritable catastrophe à la surface de notre planète. Notamment en détruisant la couche d'ozone... Sans ce bouclier providentiel, exit toute forme de vie ! Mais Brian Fields se veut rassurant : "La simulation de Cox et Loeb estime que le Soleil aura une orbite finale très éloignée du centre de la future galaxie. Cette galaxie de type elliptique aura alors consommé tout son gaz dans la formation d'étoiles, pendant et après la fusion. Les supernovae seront donc très rares et celles qui auront lieu se produiront loin de la Terre, réduisant significativement le risque à long terme pour notre planète." Le destin de notre galaxie est-il scellé ? Selon Françoise Combes, astrophysicienne à l'Observatoire de Paris et spécialiste de l'évolution des galaxies, même si le modèle des deux Américains est le plus détaillé et le plus complet jamais réalisé, "il reste des zones d'ombre. Par exemple, si on peut mesurer précisément la vitesse à laquelle Andromède se rapproche de la Voie lactée, on ne connaît en revanche pas son angle exact et donc son orbite".

Cox et Loeb ont tenté de simuler les différentes positions possibles de notre système solaire (points bleus) pendant et après la collision avec Andromède.

LE SYSTÈME SOLAIRE ÉPARGNÉ

Une donnée de taille qui, in fine, pourrait venir chambouler le scénario catastrophe... et que les astrophysiciens comptent bien acquérir grâce à la mission GAIA (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) : lancé fin 2011, ce satellite devra repérer la dynamique des galaxies du groupe local... et donc en savoir plus sur la trajectoire d'Andromède.
En attendant, une chose est sûre : si collision avec Andromède il y a, le système solaire n'a, selon les spécialistes, quasiment aucune "chance" de croiser le chemin d'une autre étoile. Autrement dit, la Terre et ses compagnons planétaires devraient rester solidement ancrés au Soleil pour les milliards d'années à venir. Même si c'est sous des cieux totalement transfigurés.

CE QUE ÇA CHANGE POUR NOUS

Une collision de deux galaxies.. et notre système solaire dans tout ça ? La question est d'autant plus intéressante que le Soleil doit vivre encore 7 milliards d'années, alors que la première collision entre la Voie lactée et Andromède se produira dans "seulement" 2 milliards d'années. Cox et Loeb se sont intéressés au destin de notre étoile. Tout d'abord, la Terre et les planètes qui gravitent autour du Soleil resteront solidement ancrées à lui. Car bien que des centaines de milliards d'étoiles vont se croiser elles demeureront éloignées les unes des autres de plus de 10 millions de fois leur taille en moyenne, ce qui rend improbable toute collision stellaire. Le système solaire restera compact. Mais où va-t-il atterrir ? Les deux astrophysiciens ont calculé les probabilités de présence de notre système solaire à partir de son emplacement actuel, quelque part dans l'un des bras de la Voie lactée, à quelque 25.000 années-lumière du noyau central. Résultat ? Pendant et après le premier passage d'Andromède, dans 2,2 milliards d'années, le Soleil a une forte probabilité de conserver sa situation et seulement 12 % de chances de se voir éjecter à 65.000 années-lumière du centre galactique. Mais plus le temps passera, plus cette probabilité augmentera. Après le second passage d'Andromède, dans 4 milliards d'années, notre système solaire a 48 % de chances de se retrouver à plus de 65.000 années-lumière du noyau, et cette probabilité grimpe à 68 % lors de la fusion entre les galaxies, dans 4,5 milliards d'années. La probabilité que notre système soit capturé par Andromède est, elle, infime (2,7 % de chances). Le scénario le plus probable est donc que la Terre soit éjectée dans la banlieue lointaine de "Milkomeda", et que ses nuits deviennent sans étoile.

Une immense baudruche rouge et brûlante : voici ce que sera le ciel lorsque notre étoile, parvenue en fin de vie, se transformera en "géante rouge". Et pour la Terre, nul espoir d'échapper à cette fournaise solaire. À moins que...

Le ciel n'est plus qu'une braise vive, aveuglante. Le Soleil, monstre rougeoyant, occupe toute la voûte céleste. Il crache par rafales un terrible vent de gaz et de poussières qui déferle à plus de 10.000 km/h. Un vent si dense, que toute la Terre en est ébranlée. Ce vent, c'est la matière même du Soleil qui est en train de se déliter. Car après avoir presque épuisé ses réserves d'hydrogène, qui lui ont permis de briller pendant 12 milliards d'années, notre étoile est parvenue au terme de sa vie. Son cœur s'est effondré et, en réaction, ses couches externes ont gonflé. Immense baudruche rougie et pantelante, notre beau Soleil est devenu ce que les astronomes appellent une "géante rouge". Nous sommes dans un peu plus de 7 milliards d'années. Cette fois, il ne s'agit plus d'astéroïdes géants s'abattant sur notre planète, ni même de galaxie d'Andromède fonçant sur la Voie lactée. C'est bien le Soleil lui-même qui va nous tomber sur la tête. Enfin, "nous"... plutôt ce qu'il reste de la Terre. Car, sans parler de l'homme, toute forme de vie a depuis bien longtemps disparu de l'ancienne petite planète bleue, devenue un enfer stérile et nu. La luminosité du Soleil a en effet constamment augmenté à mesure que les réactions thermonucléaires s'emballaient en son cœur, et que celui-ci devenait plus dense et plus chaud. Cela fait maintenant 6 milliards d'années que le thermomètre a dépassé les 100°C. Les océans, et même l'atmosphère, ont fini par s'évaporer. Maintenant, le Soleil va vivre ses derniers soubresauts avant une longue agonie finale. En quelques dizaines de millions d'années, son diamètre va subitement gonfler, au point de venir flirter avec les planètes internes du système solaire. Mercure et Vénus, les plus proches, seront happées par la fournaise. La Terre est la suivante sur la liste. Subira-t-elle le même sort ? Ou échappera-t-elle aux flammes de celui qui a assuré sa douceur de vivre pendant des milliards d'années ?
Pour le savoir, les astronomes observent des centaines de géantes rouges dans le ciel, anciens soleils parvenus au terme de leur vie. Ils tentent de percer leurs mécanismes, afin d'affiner leurs modèles théoriques. C'est grâce à ces observations, couplées aux connaissances qu'ils ont acquises sur le Soleil et sa physique interne, qu'ils ont réussi à prévoir les grandes étapes de l'évolution de notre étoile, à quelques dizaines de millions d'années près.

SAUVÉE PAR DES VENTS DE GAZ ?

Le Soleil, rougeoyant et agonisant, occupe toute la voûte céleste, crachant des vents brûlants. Ebranlée, la Terre n'est plus qu'un gigantesque lac de lave... Mais sur le sort de notre petite planète, la réponse est loin d'être tranchée. Au centre de toutes les attentions : ce vent de gaz et de poussières que crachera le Soleil agonisant et qui lui fera perdre beaucoup de sa masse. Or, qui dit Soleil plus léger, dit force de gravité moins intense : l'orbite de la Terre pourrait donc se trouver repoussée et, de ce fait, notre planète échaperait au triste sort qui lui était promis... C'est en tout cas ce qu'ont calculé en 2001 trois chercheurs britanniques de l'université du Sussex, à Brighton : grâce à ce recul, 17 petits millions de kilomètres devraient séparer la Terre de la surface bouillonnante du Soleil au maximum du rapprochement. Ce serait peu, comparé aux 150 millions de kilomètres qui les séparent aujourd'hui, mais suffisant pour assurer son salut, même si la Terre ne sera plus alors qu'un morceau de lave solidifiée.
Oui, mais selon d'autres chercheurs, la réponse n'est pas aussi évidente. Pour Thibaut Le Bertre de l'Observatoire de Paris, qui étudie avec son équipe les vents stellaires dégagés par des géantes rouges à l'aide du radiotélescope de Nançay, "ce scénario repose sur une importante perte de masse du Soleil d'environ un tiers lorsqu'il se trouvera au stade de Red Giant Branch (soit le premier de ses deux gonflements successifs). Or, il n'y a pas, à ma connaissance, de preuve directe de cela. La perte de masse est une question très complexe, et les phénomènes en jeu sont encore mal maitrisés". Pour son collègue Eric Gérard, les vents stellaires pourraient tout de même être favorables à la Terre, mais d'une autre façon en faisant pression sur elle, ils la feraient reculer. "Un rapide calcul montre que ce phénomène n'est pas négligeable !", assure le chercheur français. Sera-t-il suffisant ? "Tout dépend de la force de ces vents, et de la durée pendant laquelle ils vont souffler." Quant à Eva Villaver, qui étudie la survie des planètes en fonction de l'évolution de leur étoile au Space Telescope Science Institute, à Baltimore, elle pense que "même si l'on tient compte de la perte de masse, les forces de marées gravitationnelles exercées par le Soleil devraient tout de même attirer notre planète et la faire tomber en enfer".

DES EXOPLANÈTES SURVIVENT

Alors quoi ? Eh bien, peut-être faut-il se tourner vers les... chasseurs d'exoplanètes ! Car après tout, la preuve la plus éclatante que la Terre pourrait échapper à la mort du Soleil serait la découverte d'une planète semblable à la notre autour d'un autre soleil déjà mort. Et justement : ces dernières années, une dizaine d'exoplanètes ont été identifiées autour d'étoiles géantes. Certes, il s'agit de planètes gazeuses et non rocheuses comme la Terre, et leurs étoiles n'ont pas encore tout à fait atteint la fin de leur vie. Mais pour Stéphane Udry, chasseur d'exoplanètes à l'Observatoire de Genève, "cela montre déjà que des planètes peuvent survivre lorsque leur étoile en est au stade de géante rouge, à condition qu'elles ne soient pas trop proches". C'est notamment le cas de deux planètes gazeuses repérées autour de l'étoile HD 47536, une géante rouge dont le diamètre a atteint 23 fois celui du Soleil. Mais certaines de leurs consœurs n'ont sans doute pas eu cette chance : les astronomes ont mesuré la présence anormalement élevée de lithium dans l'atmosphère de cette étoile, et ce lithium pourrait bien provenir de malheureuses planètes d'ores et déjà avalées par HD 47536 !
Quoi qu'il en soit, qui dit fin de la Terre ne dit pas forcément fin de la vie. Car si le Soleil, en gonflant, va transformer la région des planètes internes en enfer, il va également réchauffer la région plus lointaine des planètes gazeuses, qui possèdent elles-mêmes des petits satellites rocheux et... glacés. Autrement dit, Europe, un satellite de Jupiter gros comme la Lune, et qui cache vraisemblablement un océan souterrain, pourrait devenir un nouvel Eden du système solaire... Bruno Lopez, de l'observatoire de la Côte d'Azur, et ses collègues, ont calculé que cette nouvelle "zone habitable" du système solaire pourrait perdurer de quelques centaines de millions à quelques milliards d'années. Soit suffisamment pour que la vie puisse s'y développer à partir de molécules carbonées amenées par des comètes. Mais inutile de penser que nos lointains descendants pourront y émigrer : la Terre sera probablement cuite et recuite avant qu'Europe ne soit dégelée.

CE QUE ÇA CHANGE POUR NOUS

Depuis sa naissance, il y a 4,5 milliards d'années, le Soleil brûle en son cœur de l'hydrogène qu'il transforme en hélium. Il répand ainsi une douce chaleur sur la Terre, qui se trouve juste dans la "zone habitable" du système solaire : ni trop proche ni trop éloignée de l'astre, elle bénéficie d'une température moyenne de 15°C.	À mesure que la transmutation de l'hydrogène en hélium s'est accélérée, le cœur du Soleil est devenu plus dense et plus chaud, et sa luminosité a augmenté. Il fait maintenant 100°C à la surface de la Terre. Les océans se sont évaporés, et toute forme de vie y a désormais disparu.	Manquant d'hydrogène, le cœur du Soleil se contracte brutalement, provoquant, en réaction, le gonflement de sa surface. Devenu une "géante rouge", le Soleil va réchauffer les planètes géantes externes et leurs petits satellites de glace, créant une nouvelle zone habitable dans le système solaire, propice à un nouveau développement de la vie.	Le soleil a englouti Mercure et Vénus, et a gonflé jusqu'à la Terre, qui n'est plus qu'un immense lac de lave dont la température avoisine maintenant les 1800°C. Mais l'épais vent de gaz et de poussières qu'il souffle le fait diminuer, ce qui sauvera peut-être notre planète in extremis de la disparition.	Le Soleil a épuisé tout son carburant, et s'est effondré sur lui-même. Son cœur est devenu une "naine blanche", tandis que les vents stellaires qu'il a soufflés ont formé une "nébuleuse planétaire". Toute vie a disparu du système solaire, balayé par le rayonnement ultraviolet. Le Soleil va agoniser pendant des milliards d'années, jusqu'à son extinction.