DE L'ASTRONOMIE : ciel lointain

     Depuis plusieurs années, il existe un site Facebook dédié au blog de Céphéides qui reprend souvent des « brèves », c’est-à-dire de petites informations qui ne nécessitent pas un développement aussi important que les articles plus généraux exposés habituellement ici. Plusieurs lecteurs du blog m’ayant suggéré d’inclure de temps à autre ces brèves ici, notamment pour tout ceux qui ne sont pas abonnés à la lettre du blog sur Facebook, vous en trouverez un premier groupe ci-après. Débutant par l’astronomie et regroupés par thèmes - aujourd’hui le ciel lointain - ils viendront, je l’espère, compléter utilement le blog.

Voir dans le passé

     Observer les étoiles et les galaxies dans un télescope, c'est regarder loin dans le passé. En effet, la vitesse de la lumière est limitée : elle met 8 minutes pour aller du Soleil jusqu'à nous et la lumière de la plus proche des étoiles (la naine rouge Proxima du Centaure) un peu plus de quatre ans... Cela veut dire que lorsque l'on observe une galaxie située à, disons, 5 milliards d'années-lumière, on la voit telle qu'elle était il y a 5 milliards d'années et on devine alors qu'aujourd'hui elle est probablement bien différente...

     Notre Univers est âgé de 13,7 milliards d'années et, récemment, le télescope spatial Hubble a tourné ses miroirs vers des temps très très anciens. Sur la photo ci-dessus, on peut voir, à dix milliards d'années-lumière de nous, l'amas de "la toile d'araignée" (spiderweb galactic field) qui nous montre des dizaines de conglomérats stellaires (protogalaxies) sur le point de s'assembler pour former une galaxie géante... ce qui doit être à présent depuis longtemps réalisé.
La prochaine série de télescopes permettra de voir encore plus loin dans le passé, peut-être même la naissance des premières galaxies...
Rappelons qu'une galaxie comme la nôtre (la Voie lactée) contient environ cent cinquante milliards d'étoiles comme notre Soleil et qu'il existe des milliards et des milliards de galaxies autour de nous !

Pour en savoir plus sur les galaxies : https://www.cepheides.fr/article-17726881.html
Crédit photo : hubblesite.org/gallery/…/entire/pr2006045b/large_web/

 Le nombre des étoiles augmente-t-il dans le ciel ?

des milliards de galaxies comprenant chacune des milliards d'étoiles...

     Le nombre d'étoiles visibles à l’œil nu n'augmente évidemment pas : pour peu que la pollution lumineuse (hélas de plus en plus fréquente) soit absente, on peut espérer voir environ 2000 étoiles par une belle nuit sans Lune, peut-être 2500 pour une vue particulièrement perçante. On est loin des "millions d'étoiles des nuits cloutées d'or" chantés par le poète mais ce n'est déjà pas si mal...

     En revanche, dans l'Univers, le nombre d'étoiles est si élevé que l'esprit humain ne peut le concevoir : 150 milliards d'étoiles dans notre seule galaxie, la Voie lactée, et près de 500 milliards dans la galaxie d'Andromède, sa proche voisine. Or il existe des milliards de galaxies comme ces deux là ! Pour mieux comprendre ce chiffre, les astronomes nous disent qu'il existe autant d'étoiles dans le ciel que de grains de sable à la surface de la Terre... Du coup, la Voie lactée devient un petit morceau de plage dont notre Soleil serait un des grains ! C'est dire combien l'Homme et son monde proche sont minuscules dans l'Univers...

     Et le nombre d'étoiles ne cesse d'augmenter dans le cosmos, certes moins que par le passé lorsque les nuages de gaz leur donnant vie étaient plus nombreux et plus groupés. Toutefois, il s'en forme encore un assez grand nombre qui vient s'ajouter aux étoiles préexistantes dont la majorité ont une durée de vie voisine de celle de l'Univers.

     Alors, justement, existe-t-il une densité de plus en plus forte d'étoiles dans l'Univers ? Eh bien non car il faut tenir compte de l'expansion de celui-ci qui s'est accélérée depuis 7 milliards d'années environ (l'Univers s'est formé il y a 13,7 milliards d'années). Du coup, s'il existe plus d'étoiles que jadis, celles-ci sont de plus en plus éparpillées dans le vide immense du cosmos... On peut dire les choses autrement : les étoiles ont beau être de plus en plus nombreuses à s'être allumées, l'Univers se vide inexorablement...

Pour en savoir plus sur le destin des étoiles : https://www.cepheides.fr/article-16856190.html

Illustration : ciel nocturne dans le désert d'Atacama, au Chili

Pulsars et quasars

vue d'artiste d'un pulsar

     Récemment, déclarant à un de mes amis : "C'est presque aussi difficile à expliquer qu'un pulsar", je l'entendis me répondre : "Je ne vois vraiment pas ce que les montres ont à voir là-dedans !" Singulière méprise ! Il est vrai qu'une marque de montres porte effectivement ce nom mais un pulsar c'est avant tout un objet astronomique des plus singuliers... mais quoi au juste ?

     C'est dans les années 1960 que fut pour la première fois rapporté un signal venu du fin fond de l'Univers et qui avait la particularité d'être régulier comme une horloge. Si régulier que - les premiers scientifiques en étaient persuadés - il s'agissait... d'un message extraterrestre ! Las, on se rendit bien vite compte que le phénomène était parfaitement naturel !

     Tout commence avec la mort des étoiles géantes (au moins 8 fois la masse de notre Soleil) : dans un déchaînement infini de lumière et d'énergie, elles explosent en supernovas, ces étoiles éphémères qui, parfois, éclairent une galaxie toute entière pendant quelques jours. La dispersion de leur matière se fait dans l'espace, pourtant le cœur de l'étoile subsiste sous la forme d'un objet résiduel de quelques km de diamètre mais hyperdense au point que seuls des neutrons peuvent le composer (d'où leur autre nom "d'étoiles à neutrons"). Ce cœur dégénéré est le lieu d'un fort champ magnétique et comme il se met à tourner plus ou moins vite sur lui-même, il émet un signal périodique parfaitement perceptible lorsque son faisceau est aligné avec la Terre. C'est la raison pour laquelle on appelle ces restes d'étoiles des "pulsars", des astres qui, d'une certaine façon, sont des sortes de phares de l'espace. S'il existe donc quelque chose d'horloger dans tout cela, c'est la régularité du phénomène...

     Quant aux quasars qu'on évoque souvent en même temps que les pulsars (la similitude de la terminaison des mots sans doute), ils n'ont strictement rien à voir : ici, on a affaire à... Mais pourquoi ne pas plutôt en savoir plus sur ces phénomènes si particuliers en relisant l'article consacré à ce sujet sur le blog de Céphéides ? En voici le lien : https://www.cepheides.fr/article-25030017.html

Le paradoxe de la nuit noire

    En 1823, l'astronome allemand Olbers posa une "colle" à ses contemporains : "Puisque, avança-t-il, le nombre des étoiles dans le ciel est infini, la nuit, leur lumière devrait nous parvenir de partout et il ne devrait pas y avoir d'espace noir mais uniquement de la luminosité dorée!"

     Formulée sous le nom de paradoxe d'Olbers ou de la nuit noire, cette étonnante remarque resta sans réponse jusqu'au XXème siècle... Bon, on sait aujourd'hui que le nombre des étoiles n'est pas vraiment infini mais quand même : rien que dans notre galaxie, la Voie lactée, il y a entre 150 et 200 milliards d'étoiles. Et que des galaxies dans l'Univers visible, il y en a des milliards, chacune renfermant autant de soleils que notre Voie lactée. Ça fait donc beaucoup de lumière ! Alors ?

     C'est grâce à la théorie de la relativité générale d'Einstein (1915) que l'on aura la réponse. Elle explique que l'Univers a un commencement (Big bang) et qu'il se dilate (expansion) : du coup, comme la vitesse de la lumière est finie (300 000 km/sec), celle des étoiles les plus lointaines n'a pas encore eu le temps de nous parvenir. Comme la puissance de leur lumière, de toute façon, décroit avec leur éloignement, nos nuits resteront donc plutôt noires.

     Il existe bien aussi un rayonnement de fond qui correspond au début de l'Univers (le rayonnement fossile ou fond diffus cosmologique) mais comme il s'éloigne de nous à grande vitesse (toujours l'expansion de l'Univers), il est victime de l'effet Doppler qui le rend invisible à nos yeux ! Heureusement, sinon, nos nuits seraient bien trop claires...

     Cela me rappelle les remarques acerbes des complotistes divers qui expliquaient que les Américains n'étaient jamais allés sur la Lune : "La preuve, disaient-ils, sur les photos, on ne voit jamais d'étoiles ce qui veut dire que tout a été tourné en studio !". Oubliant que, en l'absence d'atmosphère, la lumière des étoiles était trop faible pour impressionner les pellicules des caméras de l'époque ! Eh bien, notre œil est peu comme ça la nuit... et c'est tant mieux !

Image : la Voie lactée vue dans un des ciels les plus purs de la Terre dans le désert d'Atacama, au Chili

Quand surgit une nouvelle étoile

                                                  nébuleuse du Crabe

     Il y a 960 ans, un jour de juillet, le petit matin venait d'apparaître lorsque les astrologues chinois furent plongés dans la plus totale perplexité : une étoile avait surgi du néant et elle dépassait en éclat tous les autres astres du ciel, à l'exception de la Lune. L'étoile resta 23 jours visible en pleine journée et les astrologues de l'Empereur (c'était alors la dynastie Song) purent observer l'étoile dite "invitée" durant deux ans avant qu'elle ne diminue en intensité et ne s'efface...

     Aujourd'hui, nous savons que cette aveuglante lumière provient d'une supernova, c'est à dire l'explosion d'une étoile supergéante rouge, un des phénomènes les plus violents que l'on puisse trouver dans l'Univers : l'éclat de tels objets peut surpasser durant quelque temps celui de la galaxie toute entière où il se trouve, galaxie pourtant composée de milliards d'autres étoiles !

     La supernova du Crabe était située à 6200 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Taureau, et ce que virent les astronomes chinois s'était donc passé 6200 ans plus tôt. En 2017, avec un petit télescope, on peut voir les restes de cette explosion gigantesque sous la forme d'une nébuleuse en forme de crabe (d'où le nom) qui représente les gaz et matières correspondant à l'explosion (on parle alors de "rémanent" de supernova). Cette nébuleuse s'étend sur 10 années-lumière et se dilate à la vitesse de 1500 km/s. Son centre est occupé par un pulsar, reste de ce que fut l'étoile géante.

     Les astrologues chinois cherchèrent sans doute longtemps la signification divine de cette apparition car ils ne pouvaient concevoir qu'il s'agit d'un phénomène naturel comme il en arrive de temps à autre dans toute galaxie. Heureusement, l'astronomie contemporaine permet de faire considérablement reculer les frontières de l'inconnu et donc des superstitions.

Pour en savoir plus sur les novas et supernovas : https://www.cepheides.fr/article-de-l-astronomie-novas-et-su…

Photo : nébuleuse du crabe (sources : bingwallpaper.anerg.com)

Combien y a-t-il d’étoiles mortes dans le ciel ?

     La lumière ayant une vitesse finie (environ 300 000 km/sec), il paraît logique de penser que certaines étoiles situées loin de nous sont peut-être déjà éteintes alors que leur lumière nous parvient toujours. Par exemple, si l'étoile la plus brillante du ciel, Sirius, venait à mourir brutalement aujourd'hui, eh bien sa lumière nous parviendrait encore pendant huit ans et demi. Alors, combien d'étoiles sont elles potentiellement éteintes alors que nous les apercevons encore ?

     En fait aucune ! En réalité, l’œil humain le plus perçant, par une belle nuit sans lune et sans lumière parasite, peut voir entre 2000 et 3000 étoiles. Toutes sont évidemment assez proches de notre système solaire or la vie des étoiles ne se compare pas à la vie d'un homme, ni même à celle d'une civilisation : leur agonie, par exemple, prend des centaines de milliers voire des millions d'années. Du coup, ces étoiles proches que nous voyons à l’œil nu ont devant elles encore des centaines de millions d'années à vivre, même pour les plus grosses qui ont pourtant une vie stellaire brève... Il est donc très improbable que l'une d'entre elles s'éteigne durant la vie de l'Humanité (et si c'était le cas, nous le saurions par des signes avant-coureurs qui s'étalent sur des milliers d'années).

     En revanche, le problème est complètement différent pour les étoiles situées en dehors de la Voie lactée, notre galaxie. Prenez, par exemple, la galaxie d'Andromède, la plus proche de nous certes mais à 2,55 millions d'années-lumière (sa lumière met 2,55 millions d'années à nous parvenir) : un certain nombre de ses étoiles que nous pouvons apercevoir dans un grand télescope se sont forcément déjà éteintes. Quant aux galaxies lointaines, celles que nous pouvons apercevoir grâce, par exemple, au télescope spatial Hubble à, disons, plus de 10 milliards d'années-lumière, eh bien, 99% de leurs étoiles sont mortes alors que leur lumière (faible car lointaine) nous éclaire encore. Elles ont toutes été remplacées par de nouvelles étoiles depuis des milliards d'années mais la lumière de celles-ci ne nous parvient pas encore !

crédit photo : notre-planete.info

En science, tout, toujours, doit être réétudié !

H L Tauri

     Depuis des années, il semblait que les astronomes étaient arrivés à un consensus sur la formation des planètes. Dans mon post précédent, j'expliquais qu'une "superterre" venait remettre en cause certaines notions. Comme si cela ne suffisait pas, une extraordinaire photo vient une fois encore jeter un pavé dans la mare...

     Il s'agit d'un cliché pris par le super-radiotélescope ALMA au Chili : on y voit la formation d'un disque de matière au sein d'une nébuleuse gazeuse, c'est à dire le début de formation d'une étoile (appelé ici HL Tauri) dont l'âge est estimé à 1 million d'années ce qui est très très jeune pour ce type d'objets. HL Tauri est située à environ 450 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Taureau, mais ce qui est remarquable sur ce cliché c'est qu'on peut y voir que le disque (dit d'accrétion) possède des cercles concentriques qui sont les éléments précurseurs de futures planètes or, et c'est là que le bât blesse, dans les théories de formation des planètes, celles-ci ne peuvent apparaître qu'une fois l'astre central formé..

     Pourtant, il faut bien comprendre qu'il s'agit là d'une véritable photographie... qui ne saurait mentir ! Alors, perplexité chez les scientifiques...

     Une superterre qui est bien plus grosse que ne le prévoit la théorie, des planètes gazeuses qui ne devraient pas se trouver si près de leurs étoiles, des étoiles doubles (voire triples) qui possèdent des systèmes planétaires gravitant autour d'elles ce que certains astronomes jugeaient jusque là "physiquement impossible", voilà qui commence à faire désordre ! Décidément, l'exoplanétologie (c'est à dire l'étude des planètes en dehors de notre système solaire) qui s'affine chaque jour davantage grâce aux formidables progrès des techniques d'observation n'a certainement pas fini de nous réserver des surprises. Et c'est tant mieux : c'est comme ça que l'on fait avancer la Science.

Pour en savoir plus sur la formation d'un système planétaire : https://cepheides.fr/article-de-l-astronomie-la-formation-des-planetes-125038575.html

photo : HL Tauri vue par le télescope ALMA
(sources : www.eso.org/public/)

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mise à jour : 22 mars 2023