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Contrairement à une idée reçue, le Soleil n’est pas une constante intemporelle. Dans quelques milliards d'années, il se transformera en un noyau faible et refroidissant, et les planètes qui gravitent autour de lui connaîtront de profonds changements :certaines seront détruites, d'autres dériveront vers l'extérieur, et l'issue précise reste incertaine.
Pour comprendre la destinée ultime du Soleil, nous avons besoin d’un bref aperçu du cycle de vie d’une étoile. Les étoiles se forment lorsque des nuages d’hydrogène gazeux s’effondrent sous l’effet de la gravité. Dans le noyau, l'hydrogène fusionne en hélium, libérant de l'énergie qui contrecarre l'effondrement gravitationnel et éclaire l'univers.
Lorsqu'une étoile épuise son noyau d'hydrogène, la fusion cesse et le noyau se contracte. La hausse des températures déclenche la fusion de l’hélium, transformant l’étoile en géante rouge. Cela marque le début de la phase la plus dramatique du Soleil.
Le terme « géante rouge » reflète l’expansion et le refroidissement de l’étoile. Le Soleil grossira jusqu’à atteindre environ 1 000 fois sa taille actuelle; même si elle n’atteindra pas cet extrême, son rayon augmentera suffisamment pour engloutir Mercure et Vénus et probablement consommer la Terre. Cette période inflationniste durera environ un milliard d'années, ce qui nous donne un avertissement suffisant.
À l’intérieur du Soleil mourant, la pression et la chaleur augmentent jusqu’à ce que le noyau d’hélium fusionne en carbone dans un bref « éclair d’hélium ». L’énergie résultante dilate rapidement le noyau, le refroidit temporairement et ramène le Soleil à l’intérieur de l’orbite de Mercure. Le noyau se contracte ensuite à nouveau, augmentant les températures et forçant le Soleil à entrer dans une deuxième phase de géante rouge, au cours de laquelle sa luminosité atteint 3 000 fois sa puissance actuelle.
Au cours du prochain demi-million d’années, le Soleil perdra près de la moitié de sa masse dans un vaste nuage de poussière stellaire – une nébuleuse planétaire – qui brillera pendant quelques milliers d’années. Le noyau restant évoluera ensuite vers une naine blanche.
Une fois que le Soleil deviendra une naine blanche, le système solaire sera très différent. Mercure, Vénus et la Terre auront été vaporisées par l’expansion du Soleil. Mars survivra probablement, mais elle, ainsi que les planètes extérieures, dérivera jusqu'à environ deux fois leurs distances orbitales actuelles parce que la masse du Soleil a considérablement diminué.
Le Soleil lui-même se refroidira lentement, laissant derrière lui un noyau ultra dense de carbone et d’oxygène – environ 15 tonnes par pouce cube. Ce reste continuera à perdre de la chaleur pendant des milliards d’années, pour finalement devenir une hypothétique « naine noire ». Aucune naine noire n'a encore été observée; il faudrait des milliards d'années pour en former un.
En bref, la mort du Soleil remodèlera le système solaire, supprimant les planètes intérieures, agrandissant les planètes extérieures et laissant derrière lui un noyau silencieux et ultradense qui disparaîtra dans l'obscurité au fil du temps cosmique.