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 « »WMAP – Fate of the Universe, WMAP'sUniverse, NASA. Accessed on line July 17, 2008..

Si l’énergie noire (représentée par la constante cosmologique, une densité énergétique « constante » remplissant l’espace de manière homogène., 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 à (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.Adams & Laughlin (1997), §IIE.. 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 HawkingAdams & Laughlin (1997), §IV.. 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 finaleAdams & Laughlin (1997), §VID..

Cosmologie L’expansion infinie ne détermine pas la courbure spatiale de l’Univers. Elle peut être ouverte (avec une courbure spatiale négative), plate, ou fermée (courbure spatiale positive). Même fermée, une quantité suffisante d’énergie noire doit être présente pour compenser la gravitation de la matière et des autres forces qui tendent à contracter l’Univers. Des Univers ouverts et plats s’étendront à l’infini, même en l’absence d’énergie noireChapter 7, Calibrating the Cosmos, Frank Levin, New York: Springer, 2006, ..

Les observations du rayonnement cosmique par le Wilkinson Microwave Anisotropy Probe et le télescope spatial Planck suggèrent que l’Univers est spatialement plat et qu’il possède une quantité d’énergie noire considérableFive-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Data Processing, SkyMaps, and Basic Results, G. Hinshaw et al., The Astrophysical Journal SupplementSeries (2008), submitted, , .Planck 2015 results. XIII. Cosmologicalparameters . À cet égard, l’Univers devrait continuer à s’étendre à un rythme accéléré. L’accélération de l’expansion de l’Univers a également été confirmée par des observations de supernovas distantes. Si l’énergie noire, comme dans le modèle ΛCDM de la cosmologie physique (Lambda-cold darkmatter ou ΛCDM) a la forme d’une constante cosmologique, l’expansion finira par devenir exponentielle, la taille de l’Univers doublant à un rythme accéléré.

Si la théorie de l’inflation cosmique est vraie, l’Univers a connu un épisode dominé par une forme différente d’énergie noire au début du Big Bang ; mais l’inflation s’est terminée, indiquant une équation d’état beaucoup plus compliquée que celles supposées jusqu’à présent pour l’énergie noire actuelle. Il est possible que l’équation d’état de l’énergie noire puisse encore changer, correspondant à un événement qui aurait des conséquences extrêmement difficiles à exprimer en termes mathématiques ou à prédire.

Histoire du Futur Dans les années 1970, le futur d’un Univers en expansion était étudié par l’astrophysicien Jamal IslamPossible Ultimate Fate of the Universe, Jamal N. Islam, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 18 (March 1977), pp. 3–8, et le physicien Freeman Dyson.

Ensuite, dans leur livre de 1999 intitulé The Five Ages of the Universe, les astrophysiciens Fred Adams et Gregory Laughlin avaient divisé le passé et le futur de l’histoire d’un Univers en expansion en cinq périodes : La première, « l’Ère Primaire », traite du temps dans le passé juste après le Big Bang lorsque les étoiles n’étaient pas encore formées. La seconde, « l’Ère Stellaire » comprend le jour présent et toutes les étoiles et les galaxies que nous voyons. C’est la période au cours de laquelle les étoiles se forment à partir d’un nuage moléculaire. Dans la suivante, l’« Ère de Dégénérescence », les étoiles se seraient épuisées, laissant tous les objets de masse stellaire devenir des objets compacts — naines blanches, étoiles à neutrons et trous noirs. Dans « l’Ère du Trou Noir », les naines blanches, les étoiles à neutrons et autres objets célestes plus petits ont été détruits par la désintégration du proton, laissant uniquement les trous noirs. Enfin, dans l’« Ère Sombre », même les trous noirs ont disparu, laissant seulement un gaz dilué de photons et de leptons.

Cette histoire du futur et la chronologie ci-dessous supposent l’expansion continue de l’Univers. Si l’Univers commence à se recontracter, des événements subséquents de la chronologie pourraient ne pas arriver à cause du Big Crunch, la recontraction de l’Univers en un état chaud et dense, qui surviendra comme après le Big Bang.

Chronologie

Ère stellaire De (100 millions) d’années à (cent mille milliards) d’années après le Big Bang

L’Univers observable est actuellement âgé de (13,8 milliards) d’années. Cette période se situe dans l’Ère Stellaire. Environ 155 millions d’années après le Big Bang, la première étoile s’est formée. Depuis, des étoiles se sont formées par l’effondrement de régions centrales petites et denses dans des nuages moléculaires de gaz hydrogène froids et vastes. Au début, ce phénomène produit une proto-étoile, brûlante et étincelante à cause de l’énergie générée par le mécanisme de Kelvin-Helmholtz. Après que la proto-étoile se soit contractée pendant un moment, son centre devient suffisamment brûlant pour la fusion nucléaire d’hydrogène et sa durée de vie en tant qu’étoile commencera probablement.

Les étoiles à très faible masse finiront par épuiser tout leur hydrogène fusible et devenir ensuite des naines blanches d’hélium. Les étoiles à faible ou moyenne masse évacueront une partie de leur masse tel une nébuleuse planétaire et finiront par devenir des naines blanches. Des étoiles plus massives exploseront dans une supernova remarquable, laissant derrière elles des étoiles à neutrons ou des trous noirs stellaires. Dans tous les cas, bien qu’une partie de la matière stellaire puisse retourner dans le milieu interstellaire, un dernier reste dont la masse ne serait pas retournée dans le milieu interstellaire serait abandonné. L’apport de gaz disponible pour la naissance des étoiles s’épuise donc constamment.

Fusion entre la Voie lactée et la galaxie d’Andromède 4–8 milliards d’années depuis aujourd’hui (17,7 – 21,7 milliards d’années après le Big Bang)Actuellement, la galaxie d'Andromède est à environ 2,5 millions d’années-lumière de notre galaxie, la Voie lactée, et elles se dirigent chacune dans la direction de l’autre à environ 300 kilomètres par seconde. D’après les données actuelles, d’ici environ cinq milliards d’années, ou 19 milliards d’années après le Big Bang, la Voie lactée et la galaxie d’Andromède entreront en collision et fusionneront en une grande galaxie. Jusqu’à 2012, il n’y avait aucun moyen de savoir si l’éventuelle collision allait réellement se produire ou non.

En 2012, et après avoir utilisé le télescope spatial Hubble entre 2002 et 2010 pour suivre le mouvement d’Andromède, les chercheurs en sont venus à la conclusion que la collision allait être certaine.

Autres coalescences dans le Groupe local ; toutes les autres galaxies ne seront plus joignables (100 milliards) à (1 billion) d’annéesLes galaxies du Groupe local (l’ensemble des galaxies dont font partie la Voie lactée et la galaxie d’Andromède) sont gravitationnellement liées les unes aux autres. On pense que d’ici (100 milliards) à (1 billion) d’années, leurs orbites se décomposeront, et que la totalité du Groupe local fusionnera en une seule même et grande galaxie.

Dans l’hypothèse où l’énergie noire continue à contribuer à l’expansion accélérée de l’Univers, dans environ 150 milliards d’années, toutes les galaxies hors du Groupe local passeront derrière l’horizon cosmologique. Il sera alors impossible que des évènements du Groupe local affectent ces autres galaxies lointaines. De la même manière, et tout comme cela a été constaté par les observateurs dans les galaxies lointaines, il sera impossible après 150 milliards d’années que des évènements se manifestant alors dans le Groupe local les affecteront. Néanmoins, un observateur du Groupe local continuera à voir les galaxies distantes, mais les évènements observés deviendront, de manière exponentielle, plus dilatés dans le temps (et décalés vers le rouge) car la galaxie s’approche de l’horizon dans le temps, dans la galaxie lointaine, et semble s’arrêter et s'éteindre. L’observateur du Groupe local ne voit jamais vraiment la galaxie lointaine passer derrière l’horizon et n’observe jamais d’évènements après 150 milliards d’années dans leur temps local. Par conséquent, après 150 milliards d’années, le voyage et la communication intergalactique deviennent causalement impossibles.

La luminosité des galaxies commence à diminuer (800 milliards) d’annéesD’ici (800 milliards) d’années, la luminosité des différentes galaxies, jusqu’alors approximativement similaire aux galaxies actuelles grâce à l’augmentation de la luminosité des étoiles restantes qui vieillissent, commenceront à diminuer, avec le début de la mort des étoiles naines rouges les moins massives, comme des naines blanches See Fig. 3..

Les galaxies hors du Superamas local ne sont plus détectables (2 billions) d’annéesD’ici (2 billions) d’années, toutes les galaxies hors du Superamas de la Vierge apparaitront tant décalées vers le rouge que même les rayons gamma qu’elles émettent nous parviendront alors avec des longueurs d'onde plus grandes que la taille de l’Univers observable. Par conséquent, ces galaxies ne seront plus détectables par aucun moyen.

L’ère de dégénérescence De (100 billions) à (10 sextilliards) d’années

D’ici (100 billions) d’années, la naissance des étoiles prendra fin, laissant tous les objets stellaires sous la forme de résidus de dégénérescence. Si les protons ne se désintègrent pas, cette période durera longtemps.

La fin de la naissance des étoiles (100 billions) d’annéesD’ici (100 billions) d’années, la naissance des étoiles prendra fin. Cette période, connue sous le nom de L’ère de dégénérescence, durera jusqu’à ce que les résidus de dégénérescence finissent par finalement se désintégrerAdams & Laughlin (1997), § III–IV.. Les étoiles les moins massives mettent le plus de temps à épuiser leur carburant hydrogène. (voir évolution stellaire).

De ce fait, les étoiles ayant la durée de vie la plus longue sont les naines rouges de masse faible, avec leur masse d’environ 0,08 masse solaire (), qui ont une durée de vie d’environ (10 billions) d’annéesAdams & Laughlin (1997), §IIA and Figure 1..