Innehållsförteckning för Special No. 51 från Science & Vie

Il y a quelque chose des Cent mille milliards de poèmes de Raymond Queneau dans le ciel que les astronomes explorent, dans le silence de leurs observatoires plongés dans la nuit. Une simple variation, sur quelques mots, sur quelques astres, mais une variation infinie, ou presque. Planète, étoile, amas, nébuleuse, galaxie, et puis Univers et trou noir, sept mots suffisent pour évoquer le monde, pour raconter le ciel. Mais comme le recueil de Queneau, jamais personne ne viendra à bout du livre Univers. La gravitation, la fusion et la fission nucléaires, la lumière et le magnétisme, ces liants invisibles entre les atomes et les astres, la rime cosmique, pourrait-on dire, nous offrent cent mille milliards et plus, une infinité peut-être, de mondes, de paysages, de ciels, à contempler là-haut. C’est…

On a longtemps cru que c’était elle, la soeur du Soleil, la plus proche étoile, brillant haut dans le ciel austral au beau milieu de la Voie lactée, non loin de la mythique Croix du Sud: Alpha du Centaure, troisième plus brillante étoile du ciel… Mais les astronomes, en contemplant le ciel austral avec les toutes premières lunettes astronomiques, découvrirent, dès 1689, que cette étoile est en réalité… double! Ce sont deux astres qui brillent là-bas, à 4,36 annéeslumière de chez nous: Rigil Kentaurus et Toliman. Deux étoiles assez semblables au Soleil, éloignées de 2,6 milliards de kilomètres, qui se sont fait voler la vedette, en 1915, par une autre, bien plus discrète et invisible à l’oeil nu, mais qui a pris le titre et le nom d’étoile la plus…

L’ÉCLAT DES GÉANTES V766 CENTAURI ET BÉTELGEUSE La géante V766 Centauri, l’une des plus grandes étoiles connues dans la Galaxie (elle est 1 500 fois plus grande que le Soleil et brille 600 000 fois plus) et l’éclatante Bételgeuse, l’une des plus brillantes étoiles visibles à l’oeil nu: ces deux astres géants ont été photographiés avec une définition record, la première grâce au VLTI, un interféromètre de 100 m de diamètre installé au Chili, et la seconde grâce au télescope de 8,2 m de diamètre VLT, équipé d’une optique adaptative. LES BOUILLONNEMENTS DE PI1 GRUIS C’est l’une des plus incroyables photographies de ce début de millénaire: la surface de l’étoile géante rouge Pi1 Gruis, située à 530 années-lumière d’ici, vue avec le VLTI et ses 100 m de diamètre, offrant…

D’ABORD, ON NE VOIT QU’UN IMMENSE NUAGE DE POUSSIÈRE… C’est la reine des nébuleuses. S’il en existe des milliers dans notre galaxie, la nébuleuse d’Orion, M 42 pour les astronomes, est l’une des plus grandes et des plus brillantes – on peut l’apercevoir à l’oeil nu! Et un exercice obligé pour tous les télescopes du monde. Cet immense nuage mesure une trentaine d’années-lumière de diamètre et apparaît très dense sur les images de Hubble. Il est en réalité presque vide, ne comptant que quelques centaines d’atomes par centimètre cube! Des volutes ténues d’hydrogène, d’hélium, d’azote, d’oxygène qui cachent cependant tout ce qu’il y a derrière. … MAIS À L’INTÉRIEUR SE CACHENT DES ÉTOILES NAISSANTES… Des centaines de jeunes étoiles! Voilà ce qu’a découvert le Very Large Telescope européen équipé de…

UNE COQUILLE DE GAZ Les astronomes surveillent ce monstre cosmique, situé à quelque 7 500 années-lumière de la Terre, comme le lait sur le feu. Voici les restes de l’explosion d’un astre géant! À partir de 1837, et pendant plusieurs années, cette étoile a connu une éruption majeure au cours de laquelle elle a brillé presque autant que Sirius, la plus brillante étoile du ciel.. Elle a alors éjecté autour d’elle une gigantesque coquille de gaz qui se disperse lentement aujourd’hui, sous l’oeil du télescope Hubble. Aujourd’hui, Eta Carinae est noyée dans sa nébuleuse et est invisible à l’oeil nu… Pourtant, elle brille comme un million de soleils. UN COEUR ENCORE ACTIF Pour comprendre ce qui se passe à l’intérieur, il fallait percer la coquille. Le Very Large Telescope Interferometer…

S’il y avait du bruit dans l’espace, cette lointaine région de la constellation de la Carène résonnerait du grondement formidable de 3 000 étoiles en colère. L’amas Westerlund 2, plongé dans le gaz et la poussière du disque de notre Voie lactée, n’est observé par les astronomes que depuis quelques années, grâce aux récepteurs infrarouges. Ici, le télescope spatial Hubble a photographié avec une netteté inédite ce rassemblement stellaire âgé de moins de 2 millions d’années: deux caméras, l’une visible, à 555 nm de longueur d’onde, l’autre infrarouge, à 814 et 1 250 nm, ont permis de réaliser ce panorama dantesque, mesurant une vingtaine d’années-lumière. Dominant l’image, quelques dizaines d’étoiles supergéantes bleues, 100 fois plus massives et 100 000 fois plus brillantes que le Soleil, soufflent chaque année dans l’espace…

LES ÉTOILES SE CONCENTRENT… Lorsque l’on regarde le ciel dans l’infrarouge, les nuages de poussière se dissipent. Voici le centre de la Voie lactée! Incroyable fourmillement d’étoiles: des dizaines de millions de géantes rouges se rassemblent. C’est la région la plus dense de la Galaxie, ici capturée grâce à une mosaïque géante: un assemblage de plusieurs prises de vue qui offre un zoom panoramique… soit une photo grand champ avec une résolution identique à celle du télescope Hubble! C’est le télescope géant européen VLT, équipé de la caméra infrarouge Hawk et ses 16 millions de pixels, qui l’a réalisée. … EN AMAS PRODIGIEUX Au coeur de l’image, une surprise attendait les astronomes: deux gigantesques amas d’étoiles inconnus jusqu’ici. Appelés Arches (en bas) et le Quintuplet (en haut), ils concentrent plusieurs…

Non, cette photographie ne représente pas notre ciel… mais une partie du disque de la galaxie d’Andromède, une soeur jumelle et voisine de la Voie lactée, située à 2,5 millions d’années-lumière d’ici. C’est le télescope spatial Hubble qui a réalisé, en deux semaines de temps de pose, cette gigantesque mosaïque de presque 4 milliards de pixels, afin d’étudier sa population stellaire et de la comparer avec celle de notre Galaxie. L’image originale, qui compte 250 millions d’étoiles – soit environ un millième de la population stellaire totale d’Andromède –, devrait être publiée sur un tirage large de 12 m pour être représentée dans toute sa netteté! Seul un zoom de ce premier panorama extragalactique est représenté ici. Les zones bleutées de la photographie sont des amas d’étoiles très jeunes, peuplés…

Au plus loin que portent les télescopes, l’Univers est peuplé de galaxies. Elles évoquent de fragiles flocons à l’intrigante beauté géométrique, tous semblables et tous différents, comme emportés par une tempête de neige qui ferait rage depuis la nuit des temps. Mais leur fragilité apparente est un leurre: les plus grandes structures organisées du cosmos sont, pour la plupart, presque aussi anciennes que lui… Les galaxies ont condensé, à l’aube du temps, voici 13,8 milliards d’années, le gaz primordial créé par le big bang. Depuis, emportées par l’expansion universelle, elles se sont dispersées jusqu’à couvrir uniformément la surface du ciel. Dans un cycle sans fin, ces cellules constitutives du cosmos recyclent la matière primordiale, modelant chacune à son rythme l’hydrogène des nébuleuses pour voir éclore, vivre et disparaître des milliards…

LE PREMIER OBSERVÉ C’est le quasar le plus proche de la Terre connu à ce jour – il se trouve à “seulement” 2,5 milliards d’années-lumière, dans la constellation de la Vierge. 3C 273 a été découvert en 1963 par le radiotélescope de Parkes, en Australie; puis sa nature a été comprise grâce au télescope de 5 m du mont Palomar, en Californie. Il a permis aux astronomes de saisir la nature des quasars. Ici, le télescope spatial Hubble révèle avec un luxe de détails inédit son jet de plasma brûlant, long de 200 000 années-lumière. LE PLUS BRILLANT Ce minuscule point lumineux dans la constellation de Pégase est l’astre le plus brillant jamais observé par les astronomes… En dépit des apparences, 4C 454.3 est plus de 100 000 milliards de…

Impossible. En théorie, l’observation directe de planètes tournant autour d’autres étoiles que le Soleil, et situées des millions de fois plus loin que nos Mars, Jupiter ou Neptune, semblait impossible. Des 4 000 exoplanètes actuellement répertoriées, on ne distingue, à distance, que l’influence gravitationnelle ou les minuscules éclipses qu’elles provoquent sur leurs étoiles… Qu’on en juge: comment voir ou photographier des astres plusieurs milliards de fois moins brillants que leur étoile, et littéralement collés à elle? Imagine-t-on distinguer une luciole posée à côté d’un phare éloigné de 100 km? Pourtant, les astronomes ont réussi l’impensable: en 2004, avec le Very Large Telescope européen, ils ont photographié l’éclat de 2M1207 b, une jeune et chaude planète tournant autour d’une minuscule et pâle naine brune. Pour réaliser cet exploit, il a fallu…

LES DESSOUS D’UN PHÉNOMÈNE ÉTONNAMMENT VIOLENT L’étoile hoquette, expulsant par ses deux pôles des jets de gaz filant à 400 km/s. Des télescopes infrarouges sont aujourd’hui capables de voir au travers des poussières, comme Hubble, équipé d’une caméra infrarouge en 2009. Et ainsi apparaissent les premiers stades – étonnamment violents – de la vie des astres, comme ici l’étoile HH 666, née voici quelques centaines de milliers d’années. La jeune étoile souffle dans l’espace deux jets brûlants qui creusent les langes de son ancien cocon de gaz. Ils mesurent jusqu’à 10 000 milliards de kilomètres et sont émis dans l’axe de rotation de l’étoile; ils sont si rapides que les astronomes peuvent suivre leur évolution d’année en année! PREMIÈRE BOUFFÉE Dans la nébuleuse obscure Lupus 3, deux jeunes étoiles, HR…

Aucune étoile n’est visible sur cette image (à gauche), pourtant prise en pleine Voie lactée, au coeur de la constellation d’Orion, où en brillent des millions… Le télescope spatial Herschel dévoile ici un domaine très peu exploré: l’infrarouge lointain. Pour y parvenir, il était équipé d’un miroir refroidi à l’hélium, seul moyen pour être sensible aux astres les plus froids du cosmos – les récepteurs de Herschel étaient plus froids que l’espace dans lequel il était plongé! Ainsi, l’image en fausses couleurs, prise à 70, 160 et 250 μm de longueur d’onde, montre le gaz froid et la poussière interstellaire de la région centrale d’Orion: leur quantité, leur étendue, leur dynamique… Des nuées glaciales desquelles émerge la fantomatique silhouette de la nébuleuse de la Tête de Cheval. Ce spectaculaire et…

Ce sera l’un des chefs-d’oeuvre du XXIe siècle: le portrait en majesté de notre Galaxie, la Voie lactée. Une image du ciel entier prise par Gaia. Flottant à 1,5 million de kilomètre de la Terre, et gardant toujours le Soleil derrière lui, ce télescope spatial a scanné le ciel avec sa caméra de 1 milliard de pixels, enregistrant avec une précision folle les coordonnées, les caractéristiques physiques, mais aussi la distance et même le mouvement de près de 2 milliards d’étoiles! L’extraordinaire image révèle la forme générale de la Voie lactée: un disque régulier, plus dense et brillant en son centre, et à respectivement 160 000 et 200 000 années-lumière, deux de ses principaux satellites, les Grand et Petit Nuages de Magellan. Par là, elle a déjà répondu à nombre…

Au coeur des poussières, au centre de cette petite ellipse jaune et brillante visible sur cette image du télescope infrarouge Vista, un monstre règne. Un trou noir supermassif, nommé Sagittarius A*. Invisible par définition, cet astre 4 millions de fois plus lourd que le Soleil, ramassé dans un volume de la taille d’une grosse étoile, soit une quinzaine de millions de kilomètres de diamètre, laisse pourtant deviner sa présence. UN MAELSTRÖM D’ÉTOILES… Ciblé par le télescope de 8,2 m VLT et son optique adaptative infrarouge qui offre des images bien plus nettes encore que celles de Hubble, le noyau galactique se révèle peuplé d’une grande concentration d’étoiles. Des supergéantes rouges qui, toutes, filent d’un même mouvement autour d’un centre invisible. … TRAHIT LA PRÉSENCE DU MONSTRE Révélée par l’instrument le…

Si l’on pouvait accélérer le temps et voir, de nos yeux voir, une galaxie spirale tourner lentement sur elle-même, nous verrions vivre un immense être tentaculaire. Les centaines de milliards de piqûres de lumière entraînées dans le grand tourbillon galactique scintilleraient au gré de l’évolution stellaire. Çà et là, de splendides bulles émeraude, sanguine et turquoise, les coquilles de gaz expulsées par de vieilles étoiles mourantes, s’ouvriraient un court instant comme des fleurs, avant de s’évanouir, emportées par les courants de l’espace, pendant que la vague spirale, marée lente et profonde, semblerait remonter le courant général des étoiles. En avant du front d’onde, de longues nuées obscures, turbulentes et sombres comme des nuages d’orage, s’accumuleraient, roulées par la vague, où des centaines d’étincelles, autant d’étoiles naissantes, crépiteraient… L’immobilité des galaxies…

Cette image a nécessité 65 heures de temps de pose au télescope Hubble et approche la trentième magnitude. C’est l’une des plus “profondes” vues du cosmos jamais prises… Voici l’amas Abell 370, qui gravite à plus de 4 milliards d’années-lumière de la Terre. Il rassemble des centaines de galaxies, presque collées les unes aux les autres. Et pas seulement: l’image est couverte d’étranges virgules lumineuses et bleues, presque concentriques au centre de l’amas. Il s’agit de “mirages gravitationnels”, c’est-à-dire d’images déformées de galaxies encore plus lointaines. La masse formidable d’Abell 370 agit en effet comme un “puits gravitationnel” qui courbe l’espace autour de lui, de telle sorte que les rayons lumineux provenant de l’arrière-plan sont déviés. Et les galaxies ultra-lointaines, qui seraient invisibles sans ce coup de pouce de la…

OXYGÈNE-HYDROGÈNE: LA COMPOSITION PRIMORDIALE Voici, pour la première fois, la composition d’une galaxie lointaine, SXDFNB1006-2, située à 12,9 milliards d’années-lumière: de l’oxygène (en vert), de l’hydrogène (en rouge et en bleu). De quoi percevoir l’évolution stellaire dans le très jeune Univers, et surtout comprendre comment se sont formés les tout premiers atomes complexes, à partir de l’hydrogène et de l’hélium primordiaux. Deux télescopes géants ont été nécessaires pour obtenir cette image: Subaru, à l’observatoire du Mauna Kea, à Hawaii, et l’interféromètre Alma, situé sur le plateau de Chajnantor, au Chili. 300 NOUVELLES ÉTOILES CHAQUE ANNÉE: DES GALAXIES ULTRA-FERTILES Située dans la Grande Ourse, cette galaxie a été découverte par le télescope spatial Hubble; puis sa distance a été mesurée par le télescope géant Keck et son miroir de 10 m.…

Nous n’irons pas plus loin. Cette image historique, prise par le télescope spatial européen Planck, montre le cosmos tel qu’il était voici 13,8 milliards d’années, juste après le big bang. Que voit-on? Le ciel entier, mais tel qu’il apparaissait exactement 380 000 ans après le big bang. Projetés à cette époque, nous serions plongés dans un brouillard uniforme aveuglant et brûlant, exactement comme si nous nous trouvions dans l’atmosphère d’une étoile. Température de ce gaz, formé uniquement d’hydrogène et d’hélium? 3 000°C. Mais cette chaleur très élevée est diluée par l’expansion de l’Univers, et mesurée aujourd’hui par Planck à – 270°C, soit seulement 2,7°C au-dessus du “zéro absolu”… plus ou moins 0,0001°C: ce sont ces infimes variations de température qui apparaissent en taches colorées sur l’image de Planck. Des fluctuations…

DES ÉTOILES SE CONDENSENT… Voici vingt-quatre embryons stellaires. Ils ont été dénichés dans la région la plus fertile de notre petit coin galactique, la constellation d’Orion, puis scrutés par une association inédite d’instruments: le Very Large Array américain (VLA), un interféromètre de 27 antennes de 25 m de diamètre s’étendant sur 27 km au Nouveau-Mexique, s’est allié à Alma et ses 64 antennes distribuées sur 3,7 km, dans les Andes chiliennes. De quoi offrir la même qualité de détail que Hubble, entre 0,9 et 9 mm de longueur d’onde… et voir dans les cocons de ces astres en devenir – ils ont commencé à se former il y a moins de 10 000 ans! Voici le premier stade de la vie d’une étoile: un coeur concentre l’hydrogène et l’hélium (en…

Plusieurs millions d’étoiles fourmillent sur cette photographie prise avec le télescope VST de 2,5 m de l’Observatoire européen austral. La densité stellaire au sein de l’amas Omega Centauri est prodigieuse: les étoiles situées en son coeur ne sont séparées que par quelques semaines-lumière, soit quelques centaines de milliards de kilomètres. Omega Centauri, comme les 250 autres amas globulaires qui tournent autour de notre Galaxie, est un précieux échantillon des débuts de l’Univers. En effet, ils sont tous âgés de 10 à 12 milliards d’années, et leurs étoiles sont les plus vieilles du cosmos. Ils seraient les plus anciennes “briques d’assemblage” des galaxies primordiales, constituées seulement quelques centaines de millions d’années après le big bang.…

Le coeur de la Galaxie est la région la plus brillante du ciel mais, paradoxalement, la plus difficile à observer! Car elle est en grande partie cachée par le disque dans lequel nous sommes plongés. Nous en séparent donc des milliers d’années-lumière pleines d’étoiles, de gaz et de poussière interstellaire, lesquelles dessinent dans la Voie lactée d’immenses écharpes obscures et totalement opaques au rayonnement visible. Un gigantesque réseau de sombres nuées domine ainsi les images, constituées en grande partie des matériaux expulsés lors de la mort explosive des étoiles supergéantes: du silicium, du magnésium, du fer… Le télescope de 2,20 m de l’observatoire de La Silla, au Chili, doté d’une caméra de 68 millions de pixels, a photographié en gros plan l’embout de l’un de ces nuages colossaux – la…

La scène se passe non loin de la Voie lactée, dans une galaxie satellite de la nôtre, le Grand Nuage de Magellan. Cette nébuleuse est l’une des plus grandes connues dans notre coin d’Univers: la Tarentule. Un nuage gigantesque, mesurant 1 000 années-lumière de diamètre, prodigieux réservoir de gaz et de poussières qui offre aux étoiles géantes toutes les conditions pour se former. Sauf que les mécanismes fins de ces naissances demeurent mystérieux. En particulier, les astronomes ne comprennent toujours pas pourquoi les géantes semblent se former aussi bien en groupes qu’isolément. Ce gros plan réalisé par le télescope spatial Hubble pourrait le révéler: il cible une zone où naissent actuellement nombre de géantes, encore cachées par leur cocon sombre et chaotique.…

C’est en photographiant cet immense amas de galaxies, l’amas de Coma (ou amas de la Chevelure de Bérénice), en 1933, que l’astronome Fritz Zwicky fit une découverte décisive et déroutante, une découverte en forme de point d’interrogation. Une énigme qui, presque un siècle plus tard, n’est pas résolue, malgré les efforts de plusieurs générations d’astronomes… Étudiant le mouvement des galaxies en son sein, Zwicky calcula qu’elles se déplaçaient beaucoup trop vite, comme si les masses en mouvement étaient plus importantes que celles qu’il “voyait” sur les photos. Et en effet, depuis, les astronomes ont confirmé que la masse gravitationnelle des amas de galaxies (et des galaxies elles-mêmes) est environ 10 fois supérieure à leur masse visible. Cette “masse manquante” forme de vastes halos qui auréolent les amas et les galaxies.…

DES ÉTALONS POUR LA COSMOLOGIE Cette image extraordinaire a été prise par le télescope franco-canadien d’Hawaii (CFHT), équipé de sa caméra de 340 millions de pixels. L’instrument, installé au sommet du volcan Mauna Kea, à 4 200 m d’altitude, est spécialisé, depuis le début du XXIe siècle, dans “l’imagerie profonde”, que les astronomes appellent les “deep fields”. Il s’agit de photographier le même champ de ciel durant des dizaines de nuits, pour accumuler des centaines d’heures de pose… Objectif: voir le plus loin possible dans l’Univers. Sur cette image, derrière quelques dizaines d’étoiles de la Voie lactée, reconnaissables par leur couleur bleutée et leurs aigrettes, il n’y a que des galaxies, près de 10 millions en tout, qui ont pu être situées, catégorisées, et qui servent d’étalons aux théoriciens pour…

Andrew Ainslie Common ne craint pas d’affronter les nuits froides et humides de la banlieue londonienne. Dans son jardin d’Ealing, au coeur de l’hiver 1883, le jeune ingénieur s’attelle pour la troisième fois à la concrétisation de son rêve: obtenir un cliché de la grande nébuleuse d’Orion… À l’époque, la photographie astronomique balbutie. Certes, c’est en 1850 que William Bond et John Whipple ont, à Harvard, fixé pour la première fois l’image de la brillante étoile Véga, avec la grande lunette de l’observatoire. Et oui, bien sûr, trois ans plus tôt, en 1880, un autre astronome amateur, Henry Draper, avait réussi l’exploit d’enregistrer sur une plaque photographique la plus lumineuse des nébuleuses… Mais ces premières ont été saluées avec une indifférence polie par les astronomes professionnels. Les plaques photographiques étaient…

Galaxies par millions, étoiles par milliards, supernovæ, exoplanètes… jusqu’aux invisibles trous noirs. Les champions de l’astronomie actuelle, les Hubble, VLT, Gemini, Keck, ont photographié tout l’Univers. Et pourtant… Pourtant, dans les revues scientifiques, les articles laissent invariablement entrevoir que “de futures observations avec le JWST pourront…”, “la mise en service du ELT devrait…”, “le télescope Vera Rubin permettra de…”. Les astronomes de ce début de XXIe siècle trépignent, rêvant la future génération de télescopes… De fait, en matière d’instrumentation astronomique, la prochaine révolution approche… Et elle arrive à point nommé, les instruments contemporains ayant atteint l’optimum de leurs capacités et exploré l’essentiel de leurs champs célestes (voir pp. 6 à 13). Sur Terre, les télescopes de 8 à 10 m sont tous dotés de caméras atteignant près de 95 %…