Innehållsförteckning för HS No. 283 - Special från Science & Vie

Depuis la nuit des temps, elle scintillait au-dessus de nos têtes, mystérieuse, incompréhensible, spectaculaire. Mais il y a près d’un siècle, l’humanité a enfin compris ce qu’était la Voie lactée : une galaxie, notre galaxie. L’énigmatique voûte lumineuse s’est transformée en une invraisemblable spirale faisant tourbillonner des milliards d’étoiles. Une île parmi d’autres dans le vide de l’Univers. Fâcheuse coïncidence, au moment précis où ce spectacle a trouvé son explication, il s’est dérobé à nos yeux. En seulement quelques dizaines d’années, la Voie lactée a disparu du ciel de nombreux Terriens sous l’effet de la pollution lumineuse. Espérons que cela ne décourage pas les futures générations d’en découvrir plus sur elle, car si les scientifiques ont avancé à pas de géant en un siècle, elle reste mystérieuse à bien des…

Big data, voici le maître mot de l’astronomie aujourd’hui. Nous verrons sans doute au cours de ce XXIe siècle se réaliser quelque chose d’impensable jusqu’ici : la cartographie quasi complète, en 3D, de la Voie lactée. Impossible, auraient dit les astronomes il y a encore quelques décennies. Et pourtant, c’est le satellite européen GAIA, lancé en 2013, qui ouvre le bal : il s’apprête à publier la carte d’identité complète de 1 milliard d’étoiles de la Galaxie ! Un milliard, c’est à peu près 1 % du nombre total d’étoiles. En réalité, personne ne sait combien il y a d’étoiles dans la Voie lactée ; 160 milliards, 200 milliards, plus encore? Nous le saurons peut-être à la fin des années 2020, lorsque le LSST (Large Synoptic Survey Telescope), un télescope…

C’est en raison de sa région brillante au centre et de ses immenses traînées sombres que les astronomes ont pu identifier la Voie lactée à une galaxie spirale. Si ces galaxies sont caractérisées par un noyau sphérique entouré d’un disque de matière dans lequel apparaît une structure spirale, elles prennent diverses formes, depuis un noyau énorme entouré de petits bras spiraux (comme NGC 7742, ci-dessous) jusqu’à un noyau minuscule avec des bras très longs (comme M51, ci-contre). Par ailleurs, cette classe de galaxies se subdivise en deux groupes : les spirales normales, dans lesquelles les bras se développent directement à partir du noyau, et les spirales barrées (comme la Voie lactée ou NGC 1300) qui présentent une grande barre centrale dont les extrémités sont le point de départ des bras.…

Un diamètre de 100000 années-lumière et 170 milliards d’étoiles, au bas mot. La Voie lactée collectionne les chiffres démesurés. Mais quel est celui de son âge ? Quand et comment est-elle née ? La question est loin d’être tranchée. «La structure définitive de la Voie lactée s’est fixée il y a moins de 11 milliards d’années et plus de 8 milliards d’années», se limite à avancer François Hammer, astronome à l’Observatoire de Paris et spécialiste de la formation des galaxies. Et pour cause: les images des galaxies lointaines ayant émis leur lumière il y a 11 milliards d’années ou plus sont trop floues pour délivrer des informations précises. Les premières étoiles seraient nées de la condensation de nuages de gaz quelques centaines de millions d’années après le big bang Les…

La découverte est due à une simulation, la plus puissante con _ çue pour suivre he le mou Mais - faut vement , par de la mati laè suite re , non pas de tout l’Univers (pour cela, il y en a d’autres), mais de quelques galaxies et amas de gaz et d’étoiles : la simulation Fire (Feedback In Realistic Environments). Grâce à celle-ci, une équipe canado-américaine a découvert un phénomène encore inconnu. « Nous avons vu avec étonnement comment les galaxies s’échangent de la mati il è nre à de truffit ès longues pas dis- les tances organiser au moyen des vents , intergalactiques. Beaucoup de matière ! » souligne Daniel Anglés-Alcázar, cosignataire de l’article paru en 2017. Les astronomes savaient déjà que ces vents galactiques, produits par l’explosion d’hypernovae…

Proposée par des chercheurs australiens, cette simulation montre la façon dont la Voie lactée et Andromède devraient fusionner dans environ 5 milliards d’années. Les deux galaxies devraient se rapprocher (1), puis se croiser (2 et 3), avant de revenir l’une vers l’autre (4) et de se percuter. Leurs noyaux devraient alors se croiser (5), puis s’attirer (6) avant de finir par fusionner (7). La rencontre entre les deux galaxies devrait se traduire par l’expulsion d’une grande quantité de gaz (en bleu) et l’éjection de nombreuses étoiles (en rouge) dans l’espace (7 et 8). Au terme du processus, la Voie lactée et Andromède ne formeront plus qu’une galaxie, encore plus grande.…

Géantes bleues Masse : 5 à 10 soleils Éclat : 1 000 à 10 000 soleils Abondance : 170 millions (0,1 % des étoiles) Durée de vie : 5 à 10 millions d’années Très chaudes, très brillantes et très massives, les géantes bleues ont une durée de vie très courte et finissent généralement en supernova. Visibles à l’oeil nu une grande partie de l’année, les étoiles les plus brillantes de l’amas des Pléiades (photographiées ici par le télescope de Schmidt du mont Palomar) sont des géantes bleues. Géantes rouges Masse : 0,3 à 8 soleils Éclat : 100 à 1 000 soleils Abondance : 500 millions (0,30 % des étoiles) Durée de vie : 500 millions d’années Les géantes rouges sont des étoiles en fin de vie. Une naine jaune…

L’observation directe n’est pas l’unique façon de détecter des exoplanètes. Les astronomes peuvent deviner l’existence d’une ou de plusieurs planètes à proximité d’une étoile grâce à trois autres méthodes. La première (ci-contre), dite des vitesses radiales, est basée sur l’étude du spectre lumineux d’une étoile, qui varie si une planète (ou plusieurs) gravite autour, en raison de la force de répulsion gravitationnelle que la planète exerce sur l’étoile. La deuxième (au milieu), dite des microlentilles gravitationnelles, s’appuie sur la distorsion de la lumière émise par une étoile distante lorsqu’un astre s’aligne avec elle. Un phénomène dû au champ gravitationnel de l’objet. Enfin, la dernière méthode (à droite), appelée des transits, repose sur l’étude de la luminosité de l’étoile. Si celle-ci varie à intervalle de temps régulir, cela peut en effet…

Après quatre ans de travail dans l’ombre, il est entré dans la lumière au printemps dernier. Gaia, le télescope spatial lancé par l’Agence spatiale européenne (ESA) fin 2013, n’a certes toujours pas la notoriété de Hubble ou de Herschel, ni même du futur James-Webb. Mais il est la nouvelle coqueluche des astrophysiciens qui, le 25 avril dernier, se sont rués sur la deuxième publication des données moissonnées depuis son entrée en fonction. Car Gaia est en train de révolutionner notre compréhension de la Voie lactée, comme l’explique Alejandra Recio-Blanco, membre de l’équipe Galaxie et Cosmologie à l’observatoire de la Côte-d’Azur, à Nice: « Ce que l’on sait aujourd’hui de notre galaxie est comparable à ce que l’on connaissait du monde sur les cartes du Moyen Âge: il manque des continents,…

Les miroirs primaire et tertiaire (plus petit, au centre) du LSST ont été fabriqués en même temps à partir de blocs de verre disposés sur un moule en nid d’abeilles. Chauffé dans un four tournant à 1180 °C, le verre se liquéfie et remplit toutes les alvéoles, ne laissant au-dessus du moule qu’un film liquide qui, déformé par la force centrifuge, prend la forme définitive du miroir. Une fois refroidi, le miroir obtenu est poli durant plusieurs mois pour obtenir une surface ultralisse.…

À une époque où la lumière artificielle des villes et la pollution atmosphérique n’existaient pas, elle était là, spectaculaire, toutes les nuits claires et sans lune. Immense, immobile parmi les étoiles, chaotique et mystérieuse. Sa silhouette enveloppante et ses méandres cotonneux ont irrésistiblement évoqué aux anciens le cours d’un fleuve. Un fleuve de lait, d’abord, le lait d’Héra, déesse de la fécondité, soeur et femme de Zeus. Dans le mythe grec, le jeune et affamé demi-dieu Héraclès, fils de Zeus et d’une mortelle, Alcmène, téta le sein de la déesse endormie. Celle-ci se réveilla brusquement, et son lait jaillit dans le ciel, dessinant la Voie lactée. L’image du fleuve céleste est également présente chez les Chinois : ils y font naviguer la constellation Tianchuan, un navire, qui doit se garder…

En 1838, la première distance stellaire est mesurée par Friedrich Bessel: 10,4 années-lumière, soit près de 100 000 milliards de kilomètres ! Une distance gigantesque, que personne n’avait imaginée. Bessel utilise la méthode désormais classique, et toujours utilisée, de la parallaxe : il note la position de l’étoile 61 Cygni à six mois d’intervalle, quand la Terre est aux deux points les plus distants de son orbite, séparés par 300 millions de kilomètres. L’angle infime mesuré, dû à l’effet de perspective de l’étoile proche par rapport au fond stellaire immobile de la Voie lactée, donne directement la distance. L’éloignement gigantesque de 61 Cygni pose d’un seul coup l’immensité de la Voie lactée : pour ses innombrables étoiles, aucune parallaxe n’est mesurable, ce qui signifie qu’elles sont encore plus lointaines !…

Ce n’est qu’en découvrant son infinité de soeurs dans l’Univers que les astronomes ont compris ce qu’était la Voie lactée Cest l’objet le plus spectaculaire de nos nuits – ou plutôt c’était, avant que la lumière des villes ne l’efface du ciel de très nombreux Terriens. Pourtant, la Voie lactée est paradoxalement l’un des objets célestes les plus difficiles à appréhender pour les astronomes. Délicat, en effet, pour un scientifique, d’étudier son propre laboratoire. Comment examiner une galaxie quand on est à l’intérieur de celle-ci? Les observateurs ont mis des siècles à comprendre que cette traînée blanche balafrant le ciel était une ceinture d’étoiles, puis que cette ceinture d’étoiles était en réalité une spirale vue de l’intérieur. Et même lorsque l’on sait cela, il faut avoir certaines prédispositions en géométrie…

Si le Soleil n’est que l’une des 170 milliards d’étoiles qui brillent dans la Voie lactée, notre galaxie n’est elle-même que l’une des 1 000 milliards de galaxies qui peuplent l’Univers visible. Or les galaxies ne sont pas distribuées au hasard dans l’espace, elles sont rassemblées en amas sous l’action de la force de gravitation. Grand zoom arrière, en 4 étapes, sur l’espace au voisinage de la Voie lactée. LA VOIE LACTÉE La Voie lactée est une grande galaxie spirale dont le disque mesure 100 000 années-lumière de diamètre. LE SUPERAMAS DE LA VIERGE Le Groupe local fait partie d’un superamas composé d’une centaine d’amas de galaxies dominés par l’amas de la Vierge. Son diamètre est d’environ 100 millions d’années-lumière.…

Une grosse étoile floue, éblouissante, entre Sagittaire et Scorpion. Un astre unique, à l’exact milieu de la Voie lactée, brillant plus que Vénus et inondant la nuit de lumière: voilà comment l’on verrait le noyau de la Galaxie si la poussière interstellaire ne nous obstruait pas complètement la vue sur les régions centrales de notre univers-île. Le noyau galactique serait, de très loin, l’astre le plus brillant du ciel, à l’exception du Soleil et de la Lune, évidemment. Mais nous ne contemplerons jamais ce spectacle céleste étrange et vaguement inquiétant, car 27000 années-lumière de gaz et de poussière nous séparent du centre galactique. Un filtre énorme, qui retient presque totalement la lumière. Les astronomes ont calculé qu’il absorbe 30 magnitudes. «Un seul photon de lumière visible sur mille milliards émis…

Supergéantes bleues Masse : 10 à 100 soleils Éclat : 10 000 à 1 million de soleils Abondance : 17 000 (0,000 01 % des étoiles) Durée de vie : 1 million d’années Les supergéantes bleues sont d’anciennes géantes bleues qui ont fini de brûler leur hydrogène et brûlent leur hélium. Étoile la plus brillante de la constellation d’Orion, Rigel évolue à proximité de la nébuleuse de la Tête de Sorcière, visible ici. Elle explosera en supernova et terminera probablement sa vie en trou noir. Supergéantes rouges Masse : 10 à 100 soleils Éclat : 10 000 à 100 000 soleils Abondance : 17 000 (0,000 01 % des étoiles) Durée de vie : 1 million d’années Les supergéantes rouges sont produites par des étoiles dont la masse initiale est…

Des jets de particules de haute énergie Vestiges d’étoiles supergéantes, les étoiles à neutrons, aussi appelées pulsars, tournent à une vitesse folle sur elles-mêmes, éjectant des particules chargées à une vitesse astronomique. Ci-contre, le pulsar de Vela, à 1 000 années-lumière de nous, effectue 11 rotations par seconde et expulse de la matière à près de 70 % de la vitesse de la lumière ! Ci-dessus, le pulsar B1509, à 17 000 années-lumière, crée des structures de forme étrange, semblant dessiner une large main cosmique.…

Pièce après pièce se construit en ce moment sur le Cerro Pachón, un sommet des Andes chiliennes, un appareil photo géant destiné à immortaliser 17milliards d’étoiles. Du jamais vu! Le LSST (pour Large Synoptic Survey Telescope), c’est son nom, devrait être mis en service en 2021. C’est un fantasme absolu de photographe: un grand-angle et un téléobjectif record à la fois, associé à un boîtier de 3,2 milliards de pixels. Une capacité difficile à imaginer. Pensez que la meilleure caméra du télescope spatial Hubble, star indétrônée de l’astronomie et nec plus ultra de la technologie du vingtième siècle, affichait seulement 16 millions de pixels, probablement moins que votre propre appareil photo aujourd’hui. Quant à la plus puissante caméra astronomique contemporaine, installée sur le télescope géant Subaru, elle n’exhibe « que…

Jadis, par temps clair, la Voie lactée était visible partout, tout le temps. Quelle que soit l’époque ou le lieu sur Terre, notre galaxie montrait l’une ou l’autre région de ses bras spiraux. Malheureusement, partout dans le monde, la pollution lumineuse due à l’éclairage des villes, des villages et même des routes a effacé le plus fantastique spectacle du ciel. Désormais, un tiers de la population de la planète ne peut jamais contempler cette immense arche argentée. La carte ci-contre montre la situation en Europe. Elle est catastrophique en Europe du Nord et en Italie du Nord, du fait de la densité de population et de l’éclairage des autoroutes, et bien meilleure en France et en Espagne, où de nombreuses régions, colorées en bleu, laissent bien voir la Voie lactée.…

Tout dépend de la méthode photographique utilisée. Avec un appareil photo sur trépied, il faut viser des constellations ou des ensembles de constellations traversés par la Voie lactée : par exemple, dans l’hémisphère Nord, les ensembles Sagittaire-Scorpion, Aigle-Cygne-Lyre, Cassiopée-Persée ou Orion-Licorne et, dans l’hémisphère Sud, le fabuleux ensemble Carène-Centaure-Croix du Sud. Avec un téléobjectif ou un télescope, le champ photographié – de 1000 à 100000 fois plus petit que la voûte céleste – impose un pointage précis sur des astres particuliers. Dans le Nord, l’été, on choisira la nébuleuse America (ci-contre), celles de la Lyre, de l’Aigle ou du Diabolo, le fabuleux complexe d’étoiles, d’amas d’étoiles et de nébuleuses de Rho Ophiuchus, ou le lointain amas d’Hercule. Et, l’hiver, l’amas des Pléiades, les nébuleuses d’Orion, de la Tête de cheval…

Certaines intuitions géniales de l’Antiquité, comme l’héliocentrisme (qui place le Soleil, et non la Terre, au centre du monde) ou la composition de la Voie lactée, sont balayées par la philosophie d’Aristote qui dominera l’astronomie pendant quinze siècles. Jusqu’à la Renaissance, la nature stellaire, immense et distante, de la Voie lactée est oubliée : philosophes et gens d’Église cherchent la perfection dans le ciel. Sur Terre et jusqu’à la Lune, autrement dit dans le domaine sublunaire, règnent l’impermanence, l’imperfection, la corruption. Au-delà, s’affiche l’idéal divin, avec ses sphères célestes immuables, parfaites, éternelles. Irrégulière et chaotique, la Voie lactée ne cadre avec cette idée de perfection divine. Elle est donc décrochée du ciel et descendue dans le monde sublunaire : on l’interprète comme un météore, au même titre que les comètes…

Le XXe siècle ouvre l’ère de la cosmologie, cette science dont l’objet est l’Univers entier. Les observations des télescopes géants permettent de mesurer l’immensité de la Voie lactée, 100 000 années-lumière environ. Mais surtout, à l’issue du «Grand débat », en 1920 (voir p. 116), les astronomes concluent que les millions de nébuleuses spirales qu’ils observent sont bien autant de galaxies (du grec « cercles laiteux ») situées à des millions d’années-lumière. La Voie lactée se réserve le titre de Galaxie, avec un G majuscule. Reste à la photographier, seule manière de l’étudier scientifiquement et d’estimer ses caractéristiques. Combien d’étoiles brillent dans la Galaxie ? Quelle forme a-t-elle ? Comment évolue-t-elle ? Une tâche titanesque ! Comme nous nous trouvons à l’intérieur, la photographier signifie photographier le ciel entier. Plus…

Tout comme la galaxie d’Andromède, la Voie lactée appartient au Groupe local, un amas de 60 galaxies dont le diamètre est d’environ 10 millions d’années-lumière. LE SUPERAMAS LANIAKEA Le superamas de la Vierge est lié à d’autres superamas (de l’Hydre, du Centaure et de Pavo-Indus) au sein d’un ensemble comprenant 100 000 galaxies, appelé Laniakea (« horizon céleste immense », en hawaïen). L’UNIVERS OBSERVABLE L’espace-temps se dilatant depuis le big bang, les objets que nous observons se sont éloignés depuis le moment où ils ont émis la lumière que nous percevons. La sphère observable a ainsi un diamètre estimé à 93 milliards d’années-lumière.…

C’est une observation qui rompt avec les schémas théoriques admis jusqu’ici. Et comme elle se situe à la limite du pouvoir de résolution des télescopes actuels, la prudence est de mise. Membre de l’équipe internationale l’ayant menée, Pascal Oesch, de l’Observatoire de Genève, préfère pour l’heure évoquer «des images qui ne sont pas encore tout à fait claires ». L’interféromètre Alma de l’Observatoire européen austral, installé au Chili, aurait révélé l’existence de deux galaxies à disque parfaitement formées, COS-3018555981 et COS-2987030247, à une distance de 13 milliards d’années-lumière, soit dans un Univers âgé d’à peine 800 millions d’années ! «C’est un exploit pour Alma, dit le chercheur, mais la résolution est si faible qu’on ne peut dire s’il s’agit véritablement de disques galactiques ou bien de galaxies en train de…

Remplie de gaz et de poussières interstellaires, la Voie lactée est traversée par une onde de densité qui s’y propage comme dans un fluide et lui donne sa forme spirale. Car c’est cette onde qui serait à l’origine de la formation des étoiles. Lorsque la matière (gaz, poussière, étoiles) en rotation dans le disque galactique rattrape l’onde qui tourne plus lentement, le gaz se comprime et forme des cocons de matière où les étoiles se créent, accompagnées de leur cortège planétaire. Une fois formées, les étoiles s’éloignent progressivement les unes des autres jusqu’à peupler le disque galactique de façon uniforme. Si les bras spiraux de la Galaxie sont bien visibles, c’est du fait de leur concentration en étoiles très massives et très brillantes à très courte durée de vie, absentes…

Tout ce qui a un commencement a une fin. Au fil des siècles, la science n’a fait que confirmer ce principe d’impermanence cher aux bouddhistes. Il s’applique à tout: aux êtres vivants, aux planètes, aux étoiles et même aux « éternelles » galaxies. Alors à quoi ressemblera le dernier souffle de notre Voie lactée? Aura-t-elle un destin explosif, lié à un cataclysme cosmique, ou, au contraire, une fin de vie lente et paisible ? La réponse se situe quelque part entre ces deux extrêmes… La clé de la mort de notre galaxie est suspendue au-dessus de nos têtes, bien visible dans le ciel nocturne, juste à côté du célèbre W de la constellation de Cassiopée. Un œil aguerri n’aura pas de mal à identifier, là, bien visible en automne, une…

Naines brunes Masse : 0,01 à 0,07 soleil Éclat : 0,000 001 à 0,001 soleil Abondance : 40 milliards (24 % des étoiles) Durée de vie : des centaines de milliards d’années Trop petites pour briller par fusion nucléaire, les naines brunes sont des astres tièdes faiblement lumineux et quasiment invisibles. Ici, le télescope spatial Hubble a détecté Gliese 229B, minuscule compagne de la naine rouge Gliese 229, à 19 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Lièvre. Un exploit. Naines rouges Masse : 0,08 à 0,8 soleil Éclat : 0,01 à 0,1 soleil Abondance : 100 milliards (60 % des étoiles) Durée de vie : 100 milliards d’années Les naines rouges brûlent lentement leur carburant, ce qui leur assure une très longue durée d’existence. Ce sont les astres…

Le cycle de vie d’une étoile dépend avant tout de sa masse. Plus une étoile est massive, plus elle consomme rapidement son hydrogène. Une grosse étoile (une supergéante bleue, par exemple) sera donc extrêmement brillante, mais aura une durée de vie relativement courte. Notons aussi que plus une étoile est grosse, plus sa fin sera cataclysmique. Ainsi, alors que les géantes rouges finissent par s’éteindre en naines blanches, les supergéantes rouges, elles, terminent leur vie en supernova (une explosion aveuglante), puis en étoile à neutrons ou en trou noir, selon la masse de l’étoile.…

Si près de 4 000 exoplanètes ont été découvertes, seule une douzaine a été photographiée ! Les planètes ne faisant que refléter la lumière de leur étoile, leur éclat est environ 1 million de fois plus faible. Souvent situées très près de leur étoile, elles sont littéralement noyées dans sa lumière. Pour contourner cet obstacle, les astronomes ont eu l’idée de chercher des exoplanètes au sein de systèmes très jeunes, âgés de quelques millions d’années seulement. Encore brûlantes, ces planètes rayonnent fortement dans l’infrarouge. Au début du XXIe siècle, des télescopes géants (le Very Large Telescope, le Gemini South et le Subaru) équipés de détecteurs infrarouges, de caches focaux (pour masquer l’éclat de l’étoile) et d’optiques adaptatives (qui annulent les effets de la turbulence atmosphérique) ont ainsi repéré de jeunes…

Des coquilles de gaz abritant une naine blanche Cet oeil et ce papillon géants qui paraissent immobiles dans le ciel sont en fait des tourbillons de gaz brûlants, vestiges laissés par des naines jaunes. La nébuleuse de la Lyre (ci-dessus) abrite en son centre une naine blanche un peu plus massive que le Soleil. Celle du Papillon (à droite) héberge également une étoile centrale, cachée par une ceinture de poussière.…

Il est difficile de répondre à cette question, car un très grand nombre de paramètres entrent en jeu dans l’observation des astres. La qualité du ciel, bien sûr, est le paramètre principal. En ville, par exemple, quelques dizaines d’étoiles seulement sont perceptibles. Depuis un site préservé, désertique, en altitude, et lors d’une nuit sans lune, il est possible d’embrasser du regard plus de 3000 étoiles, à condition d’avoir une excellente vision. Être jeune est un avantage, car jusqu’à une vingtaine d’années la pupille de l’œil (notre télescope naturel, en quelque sorte) s’ouvre jusqu’à 8 mm, puis de moins en moins lorsque l’âge avance: vers 75 ans, elle atteint rarement 5 mm. Ces 3000 étoiles (soit 6000 pour l’ensemble de la voûte céleste) correspondent aux astres de magnitude 6 : c’est…