astronomie

     Comme nous avons eu souvent l’occasion de l’écrire ici, notre Soleil est une naine jaune de type G2-V, G2 signifiant qu’elle est un peu plus chaude que la moyenne des étoiles de sa catégorie tandis que V (prononcer cinq) veut simplement dire que le Soleil se situe au centre de la séquence principale du diagramme de

Hertzsprung - Russell qui répertorie la vie des étoiles. 

En somme une étoile assez commune comme il en existe des milliards (environ 13% des 180 milliards d’étoiles de la seule Voie lactée). Des étoiles plus grosses que la notre existent mais elles sont bien plus rares.

     Le Soleil aura une fin de vie assez extraordinaire dans environ 5 milliards d’années lorsqu’il aura épuisé sa réserve d’hydrogène qui lui sert de carburant. À cette époque lointaine, il commencera à se contracter sur lui-même entraînant de nouvelles réactions de fusion qui l’amèneront à gonfler démesurément jusqu’à environ l’orbite de la Terre (qui, certes carbonisée, continuera d’exister car repoussée vers la périphérie par le phénomène). Le Soleil sera devenu une géante rouge. Rouge car en gonflant l’étoile perdra de la chaleur en rencontrant le froid de l’espace. Seul, en son centre, subsistera un cadavre minuscule sous la forme d’une naine blanche tandis que l’enveloppe externe se dispersera progressivement.

     Les étoiles plus grosses que le Soleil subissent, du moins au début, une évolution voisine.

LES SUPERGEANTES ROUGES

     Les étoiles dont la masse se situe entre 10 et 40 masses solaires (MS) sont des géantes bleues dont la principale caractéristique est d’avoir une durée de vie très courte (en termes astronomiques), de l’ordre de 10 à 100 millions d’années. Certes, elles possèdent au début une quantité d’hydrogène très supérieure à leurs voisines plus petites mais leur taille les amène à consommer cet hydrogène infiniment plus rapidement. Elles se transforment lors de leur fin de vie en supergéantes rouges, puis, leur carburant totalement consommé, elles explosent en supernovas. Leur cœur s’effondre et peut évoluer selon deux schémas suivant leur taille : en étoiles à neutrons pour les moins géantes (jusqu’à environ 30 MS) et pour les plus grosses en trous noirs.

     Une caractéristique importante de ces supergéantes rouges est qu’elles génèrent un fort vent stellaire qui leur fait perdre énormément de matière.

Citons, par exemple, VY Canis Majoris, une supergéante rouge bien connue, qui perd chaque année 6 X 10^-4 masse solaire. On estime qu’elle aurait déjà perdu 30% de la masse qu’elle possédait lorsqu’elle était encore une géante bleue.

     Ajoutons que nous ne savons certainement pas tout sur le devenir de ce type d’étoiles : les scientifiques ont pu mettre en évidence des « retours en arrière » pour certaines d’entre elles. Ainsi a-t-on décrit des supergéantes rouges qui, alors qu’on les pensait à l’agonie, sont repassées au stade de géantes bleues… qui se sont ensuite remises à évoluer en supergéantes rouges… ou non. En effet, certaines de ces étoiles ayant retrouvé une étrange jeunesse ont soudain explosé au stade de géante bleue, voire même au stade intermédiaire de supergéante jaune. Où se situe réellement Bételgeuse dans ce contexte compliqué ?

LA SUPERGEANTE ROUGE BETELGEUSE

     Bételgeuse (α Orionis) est une étoile singulière dans la mesure où, de tout temps, elle a été connue car, après Antarès, elle est la deuxième supergéante rouge la plus proche du système solaire. Sauf que Antarès est voisine du centre

galactique et qu’elle est donc entourée de nombreuses étoiles ce qui rend sa recherche plus complexe. En revanche, Bételgeuse fait partie de la constellation d’Orion, immédiatement repérable par sa ceinture (ou baudrier) qui aligne parfaitement trois étoiles. De part et d’autre de cette ceinture, on trouve deux étoiles très visibles, une géante bleue Rigel et la supergéante rouge Bételgeuse. On comprend dès lors que cette dernière est très étudiée par les scientifiques.

     Curieusement, la distance de Bételgeuse est difficile à connaître. Habituellement, pour estimer la distance d’un astre, on utilise la méthode de laparallaxe (l’observateur – un télescope – observe l’étoile à six mois d’intervalle selon deux positions opposées lors de la révolution de la Terre autour du Soleil pour obtenir un angle trigonométrique). Plus une étoile est proche, plus la parallaxe est facile à évaluer. Malheureusement, cela ne fonctionne pas ici : bien que proche, Bételgeuse est si grosse (1000 fois le diamètre du Soleil) qu’elle ne peut être vue comme un simple point et, du coup, la parallaxe est inférieure à son diamètre… Le satellite Hipparcos, spécialisé dans ce type d’exercices, a bien tenté de mesurer de façon plus précise la parallaxe de Bételgeuse mais sans succès : l’étoile est trop brillante pour sa caméra ! Les scientifiques sont donc dans l’incertitude : entre 500 et 750 années-lumière environ paraissent être les chiffres probables. Assez imprécis pour une étoile si proche… La taille de Bételgeuse et sa proximité offrent toutefois un avantage : c’est la seule étoile dont nous pouvons voir la surface et c’est donc un moyen incomparable d’observer l’évolution d’une supergéante rouge.

L’ÉTRANGE COMPORTEMENT DE BÉTELGEUSE

         Bételgeuse, comme toutes ses semblables, perd au long de son évolution une grande partie de sa matière sous la forme de vents stellaires. On estime néanmoins qu’il lui reste encore 98% de la masse de la géante bleue qu’elle fut jadis. La supergéante présente par ailleurs un environnement stellaire relativement transparent permettant d’apprécier ses pertes régulières de matière. On a ainsi pu mettre en évidence un cycle d’expulsion et donc une baisse de sa luminosité oscillant selon une cycle d’environ 400 jours.

        Toutefois, un événement étrange est apparu en janvier 2020 : la luminosité de Bételgeuse a soudain diminué d’un facteur 2,5 ce qui n’était jamais arrivé. De coup, dans la constellation d’Orion, on pouvait se rendre compte même à l’œil nu que, par rapport à Rigel, elle paraissait particulièrement pâle.

Le phénomène fut simarqué et si inattendu qu’il fit les gros titres des journaux dont certains éditorialistes allèrent même jusqu’à évoquer son passage imminent en supernova… C’était aller un peu vite en besogne ! Puisqu’on pouvait avoir une image de la surface de l’étoile, les scientifiques mirent en évidence que sa partie basse était dix fois plus sombre que le reste. Quelle pouvait être l’explication d’un tel événement ?

       Avait-on affaire à une contraction-dilatation de l’étoile ou à une énorme masse de poussière l’occultant en partie ? La première hypothèse a été rapidement abandonnée car les mesures faites alors montrèrent que Bételgeuse n’avait pas modifié sa taille. On rejeta également l’hypothèse d’un nuage de poussière circumstellaire pour la bonne raison que la partie obscure restait fixe alors qu’un nuage entourant l’étoile se serait forcément déplacé. Il fallait chercher ailleurs.

     On a alors pensé à corréler la baisse de la luminosité de l’étoile avec l’apparition en surface de cellules de convexion. Cellules de convexion ? C’est un moyen pour une étoile d’évacuer la chaleur de son centre par des réactions de fusion thermonucléaire via des phénomènes de convexion, c’est-à-dire des

mouvements de fluide dus à une importante variation de température. Ainsi, pour le Soleil, les cellules de convexion appelées granules sont constituées au centre d’une zone montante de plasma chaud et en périphérie de plasma plus froid (sic), la différence entre les deux zones étant d’environ 400 K. De ce fait, la couche supérieure de la cellule « refroidie » contraste en plus sombre avec le reste de la surface stellaire qui rayonne.

      Dans le cas d’un astre aussi massif, que Bételgeuse les cellules de convexion sont forcément gigantesques pouvant atteindre les ¾ du volume de l’étoile (alors que pour un astre plus petit comme le Soleil, les cellules de convexion en surface dépassent rarement le millier de km de largeur).

      Certains scientifiques prolongent cette explication en expliquant que le gaz très chaud de la cellule de convexion est arrivé si vite en surface qu’il aurait échappé à l’attraction de l’étoile et, en s’en éloignant, une partie du gaz aurait pu se refroidir jusqu’à cacher partiellement sa surface. Après de nombreuses observations par radiotélescopes (mais parfois difficiles à réaliser en ces temps de pandémie) et après avoir modélisé l’étoile et le nuage, les scientifiques ont proposé l’explication de la surprenante baisse de luminosité de Bételgeuse par l’expulsion par celle-ci d’un nuage sphérique de poussière dont le rayon pourrait être compris entre 675 et 900 millions de km. Une perte de matière, certainement, mais pas de signe immédiat d’explosion en supernova !

Que nous apprend Bételgeuse sur les étoiles de ce type ?

     Les supergéantes rouges, nous l’avons déjà écrit, expulsent régulièrement de grandes quantités de matière sous la forme de vents stellaires. Si l’hypothèse que nous venons d’évoquer se confirme – et pour l’instant, on voit mal quelle autre explication avancer – cet événement montre que, indépendamment d’un flux régulier, elles peuvent aussi expulser de façon intermittente de conséquentes quantités de manière. Dans le cas de Bételgeuse, selon les modélisations, l’incident de ces derniers mois montre une perte ponctuelle et imprévue de matière comprise entre 35 et 128% de la perte subie par elle chaque année ce qui est loin d’être négligeable.

     Depuis la date de cette grande baisse de luminosité, cette dernière est remontée rapidement et plus tôt que prévu si l’on se réfère au cycle de 400 jours précédemment évoqué. Il n’empêche qu’un nouveau décrochage a été constaté ensuite ce qui indique une courbe de luminosité plutôt irrégulière même s’il semble au total que les observations plus récentes montrent un probable retour à la normale. Les scientifiques poursuivent leur étude de notre grande voisine.

     Le risque de voir Bételgeuse exploser en supernova semble écarté et c’est heureux ! Un tel événement, en effet, pourrait avoir des conséquences nonnégligeables pour la Vie sur Terre. Les flux de rayons gamma émis lors de l’explosion sont des destructeurs puissants de l’atmosphère d’une planète. Au cours des onze derniers millions d’années, il est estimé qu’une vingtaine de supernovas ont explosé dans une fourchette de distance s’étendant entre 30 et 1000 années-lumière. Chaque fois, il a été corrélé un réchauffement planétaire d’environ quatre degrés ce qui est considérable. On se demande même si un tel sursaut gamma n’aurait pas pu être responsable de l’extinction de masse apparue lors de la jonction Ordovicien-Silurien, il y a 445 millions d’années, une extinction considérée comme la deuxième plus importante des cinq grandes extinctions du passé (elle conduisit à la disparition de 85% des espèces vivant sur notre planète). Il est plutôt réconfortant de savoir que Bételgeuse a, en quelque sorte, repris des couleurs et ne nous menacera pas avant des milliers, voire des dizaines de milliers d’années. Une époque où l’Homme, en raison de sa démographie incontrôlée, aura probablement fini de saccager sa planète.

Sources

* l'énigme de Bételgeuse est probablement résolue (Miguel Montargès, revue Pour la Science, juillet 2021, n°525, pp 34-39)

* Encyclopaedia Universalis

* https://trustmyscience.com

* Wikipedia France :  fr.wikipedia.org/

* Wikipedia (USA) : en.wikipedia.org/

Images :

1. Bételgeuse (crédits : pressreader.com)

2. diagramme de Hertzsprung-Russell (crédits : astronomie.savoir.fr)

3. vents stellaires (crédits : cidehom.com)

4. constellation d’Orion (crédits : blogs.futura-sciences.com)

5. calcul d’une parallaxe (crédits : larousse.fr)

6. constellation d’Orion (crédits : numerama.com)

7. taches sur Bételgeuse (crédits : numerama.com)

8. Bételgeuse comparée au Soleil (crédits : wikipedia.org)

Mots-clés : naine jaune -diagramme de Hertzsprung*Russell - supergéante rouge - vents stellaires - cellules de convexion stellaires - extinctions de masse

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mise à jour : 27 mars 2023

       En cet univers, toutes choses de la plus petite à la plus grosse, finissent par disparaître un jour ou l’autre. Les galaxies, elles aussi, ont un commencement et une fin, même si leur évolution n’est pas perceptible à l’œil humain en raison de sa présence fugace. Les galaxies ont donc une vie et une organisation auxquelles nous allons aujourd’hui nous intéresser.

Retour sur les galaxies

Une galaxie, cet assemblage d’étoiles pouvant en contenir plusieurs centaines de milliards, peut naître de deux façons. Aujourd’hui, la plupart d’entre elles apparaissent lors de la fusion de deux galaxies plus petites et c’est d’ailleurs ce qui arrivera à la nôtre lorsqu’elle fusionnera avec sa grande voisine, la galaxie d’Andromède. Dans les premiers temps de l’Univers, cela n’était évidemment pas possible pour celles que les scientifiques ont surnommé les galaxies primordiales. D’où le second mécanisme de formation faisant appel à une masse de gaz qui, lorsqu’elle est suffisamment importante, s’effondre sur elle-même donnant alors naissance aux myriades d’étoiles qui vont composer une galaxie.

La suite est simple : durant leur vie entière, les galaxies seront la source de création de nouvelles étoiles, à un rythme variable selon leur degré d’évolution. Les réactions de fusion nucléaire créent ainsi des éléments lourds à partir de l’hydrogène et de l’hélium composant les gaz initiaux et ce dans une débauche d’énergie et de lumière.

Lorsqu’on les observe dans l’ultraviolet, on distingue des galaxies qui brillent avec intensité parce que les étoiles qui les composent sont jeunes, donc chaudes etlumineuses : on les appelle dès lors « galaxies actives ». Le temps s’écoulant, les étoiles vieillissent et deviennent rouges ou jaunes, donc moins chaudes et émettant de moins en moins de rayonnement ultraviolet : les galaxies qui les contiennent sont considérées comme « passives », c’est-à-dire en fin de vie et, si leur masse est suffisamment importante, elles prennent une forme sphéroïdale (galaxies elliptiques) où la formation de nouvelles étoiles devient de moins en moins fréquente. En observant l’espace autour de nous, disons jusqu’à des distances de 300 à 500 millions d’années-lumière, on peut constater que la plupart de ces galaxies elliptiques sont regroupées dans des structures gigantesques, des amas galactiques, qui peuvent contenir des milliers de galaxies gravitant les unes autour des autres dans une espèce de ballet immuable.

Les galaxies primordiales

Les premières galaxies étaient fort différentes de celles que nous connaissons de nos jours. Puisque les matériaux alors disponibles étaient essentiellement des gaz d’hélium et d’hydrogène, les étoiles nouvellement formées par fusion thermonucléaire ne possédaient pas de matériaux lourds. Ce n’est que plus tard, lorsque nombre d’étoiles sont arrivées en fin de vie et que certaines ont explosé en supernovas, qu’elles ont dispersé dans l’espace les éléments lourds qu’elles avaient créé, des éléments repris à leur tour par de nouvelles étoiles. Ce sont ces générations de premières étoiles qui ont peu à peu enrichi les galaxies en matériaux contenant les éléments nécessaires à l’apparition de la Vie. Aujourd’hui que notre univers est âgé de 13,7 milliards d’années, ces étoiles primordiales (voir sujet dédié) ont toutes disparu. Les galaxies des débutsn’étaient donc pas encore ces superbes spirales ou spectaculaires formations lenticulaires (intermédiaires entre spirales et elliptiques) que nous pouvons à présent observer. Elles étaient très irrégulières et surtout très petites. Toutefois, leur croissance était extrêmement rapide puisque l’hydrogène qui leur était nécessaire se trouvait en abondance sous la forme d’immenses nuages qu’elles capturaient grâce aux forces gravitationnelles. Dans un univers encore petit, elles pouvaient de surcroit assez facilement entrer en collision les unes avec les autres donnant alors des masses galactiques bien plus importantes, le tout dans un foisonnement de nouvelles étoiles.

Puis l’expansion de l’Univers a progressivement écarté ces galaxies qui, du coup, se sont moins heurtées frontalement tandis que les réserves de gaz devenaient plus faibles : la formation de nouvelles étoiles s’est ralentie et la croissance des galaxies s’est progressivement stabilisée.

Évolution des galaxies

     La plupart des galaxies semblent avoir atteint leur forme finale lorsque l’Univers n’était qu’à la moitié de son âge actuel ce qui sous-entend qu’elles sont devenues elliptiques assez tôt. On peut alors imaginer que lors de leur jeunesse les amas qui les contenaient (on parle en pareil cas de proto-amas) ont été le siège d’une fantastique activité de formation stellaire. Aujourd’hui, nous l’avons déjà évoqué, ces galaxies sont dites passives. Mais qu’en est-il de celles qui restent actives ?

   Généralement, les galaxies actives produisent très peu d’étoiles par an et cetteproduction est estimée à environ 5 à 10 masses solaires. Pour la Voie lactée qui est considérée comme normalement active, les scientifiques avancent le chiffre annuel de sept étoiles en moyenne (car nombre d’étoiles formées sont plus légères que le Soleil) ce qui peut paraître peu mais représente quand même plus d’un million d’étoiles depuis l’apparition de l’Homme.

     Il existe aussi un autre type de galaxies, des galaxies plus rares produisant jusqu’à cent masses stellaires chaque année. On les appelle « galaxies à flambée d’étoiles » (ce sont les « starburst galaxies » des auteurs anglo-saxons). Chez elles, la création de nouvelles étoiles est souvent 50 fois plus importante que chez une galaxie « normale ». Toutefois, compte-tenu de la quantité de gaz disponible pour une activité aussi importante, ces galaxies devraient avoir épuisé

leurs réserves de gaz bien avant qu’elles soient parvenues à maturité. On en déduit qu’il s’agit donc très probablement d’une étape dans la vie de ces structures, une activité limitée dans le temps. La cause probable de cette bizarrerie galactique est sans doute à rechercher dans la fusion de deux galaxies rapprochées par les forces de marée gravitationnelles. Les scientifiques pensent que ce cas s’est présenté pour la Voie lactée il y a 2 à 3 milliards d’années.

Les amas de galaxies

       Les galaxies n’existent que très rarement de façon indépendante dans l’Univers : 90% d’entre elles sont en réalité regroupées au sein de structures gigantesques, les amas. Outre des quantités fort importantes de gaz chaud, les amas de galaxies abritent, liées par les forces gravitationnelles, de quelques dizaines à plusieurs milliers de galaxies (classiquement, en dessous d’une centaine de galaxies, les scientifiques préfèrent parler de « groupes » de galaxies). À plus grande échelle, les amas galactiques peuvent former des structures encore plus étendues, les superamas. Les amas de galaxies (et donc les superamas) donnent l’impression de « s’aligner » le long de filaments isolés par d’immenses zones de vide. Il est assez logique de penser que cette hiérarchisation structurelle de l’Univers est la conséquence des conditions physiques initiales qui prévalaient lors de la formation des galaxies. Certains scientifiques avancent même l’hypothèse que cette disposition plutôt particulière pourrait résulter d’une phase encore plus ancienne…

       Les amas de galaxies sont des structures stables : c’est la conséquence, nous l’avons déjà évoqué, de la gravitation qui lie les galaxies d’un amas entre elles. En revanche, compte-tenu de l’expansion de l’Univers et des distances gigantesques qui les séparent, les amas s’écartent les uns des autres à une vitesse d’autant plus élevée qu’ils sont déjà éloignés.

     Les dernières observations des scientifiques laissent supposer que les amas sont d’immenses compositions contenant non seulement des galaxies (5% de la masse totale) mais également du gaz en grande quantité (25% environ) et… une matière inconnue, sansdoute la fameuse matière noire si indispensable pour expliquer les observations mais qui n’a encore jamais été isolée. Le terme d’amas est on le voit plutôt inadéquat puisque ce sont des sortes de ballons de gaz où les galaxies sont immergées « comme des pépins dans une pastèque » (dixit Patrick Henry de l’Université de Hawaï)

      Quoi qu’il en soit, symétriques, sphériques ou encore irréguliers, ces amas atteignent souvent des dimensions difficiles à concevoir pour notre cerveau puisqu’ils s’étendent sur des millions de parsecs (rappelons qu’un parsec – abrégé par l’usage en pc - est une unité astronomique correspondant à 3,26 années-lumière).

     Il convient également de signaler que les amas de galaxies ne sont pas tous semblables : si la plupart, souvent très denses, regroupent en effet des milliers de galaxies elliptiques traduisant ainsi leur fin d’évolution, d’autres sont qualifiés de « riches » par les scientifiques car ceux-ci renferment des galaxies de tous types. On observe alors le plus souvent une répartition qui associe les plus brillantes au centre tandis que les plus faibles sont rejetées en périphérie. Ce type d’organisation reflète simplement la réalité des forces gravitationnelles, les galaxies les moins brillantes animées de vitesses plus importantes étant rejetées sur le pourtour de l’amas.

Le Groupe Local

     Notre galaxie n’échappe pas à la règle commune et fait partie d’un amas galactique baptisé fort opportunément le « Groupe local » qui ne renferme que de trente à cinquante galaxies : le nombre exact est encore en cours d’évaluation car certaines de ces galaxies proches, souvent petites, voire naines, donc peu lumineuses, échappent à l’observation directe en raison de la présence de la Voie lactée qui cache une partie des régions situées au-delà d’elle. Comme on l’a déjà mentionné, la galaxie la plus importante de ce groupe local est M 31, la grande galaxie d’Andromède (1000 milliards d’étoiles environ), avec laquelle fusionnera dans 3 à 4 milliards d’années la Voie lactée. Il s’agit là d’un destin commun à tous les amas galactiques que de voir s’amalgamer progressivement les galaxies qui les composent jusqu’à ne plus contenir qu’une seule et immense galaxie. Puisque ces amas s’éloignent les uns des autres, il est possible que dans quelques milliards d’années, s’il existe alors des observateurs curieux, ceux-ci ne puissent plus comprendre cette expansion universelle peuplée d’amas et de superamas galactiques au point de penser que l’univers se composerait essentiellement de la mégagalaxie au sein de laquelle ils résident…

     Mais où se trouve notre Groupe local dans l’Univers ? Il se situe à la périphérie de l’amas de la Vierge qui abrite plus d’un millier de galaxies, lui-même faisant partie duSuperamas de la Vierge, une région immense s’étendant sur environ 100 millions d’années-lumière et contenant plusieurs centaines d’amas de galaxies. Ce superamas est centré sur l’amas de la Vierge à une cinquantaine de millions d’années-lumière de nous (d’où son nom). Les scientifiques ont longtemps considéré que c’était la frontière au-delà de laquelle il était vain de chercher une structure plus vaste. Il s’agissait d’une erreur de perspective : une nouvelle approche de l’étude des vitesses radiales des galaxies a permis de comprendre que ce superamas est lui-même inclus dans un superamas encore plus grand regroupant plus de 100 000 galaxies géantes sur une distance de 500 millions d’années-lumière nommé du nom polynésien de Laniakea. La Voie lactée et son Groupe local se situent loin du centre de cette gigantesque structure, dans sa banlieue reculée en quelque sorte…

     En fait la découverte récente de Laniakea (en 2014) répond à une question qui tourmentait les scientifiques depuis plusieurs décennies : pourquoi la Voie lactée se dirige-t-elle dans une direction particulière à la vitesse de 630 km/seconde ? Primitivement, la réponse était qu’un amas hyperdense de matière attirait les galaxies vers lui. On lui avait même donné le nom de Grand Attracteur, une anomalie gravitationnelle inconnue dont on pense aujourd’hui qu’elle se situe au centre du superamas Laniakea, un endroit où se trouve une concentration de masses équivalente à des dizaines de milliers de fois la masse de notre galaxie.

     Bien entendu, Laniakea n’est pas seul : d’autres superamas proches sont connus comme celui d’Hercule, de Shapley ou encore de Coma (ou Chevelure de Bérénice). Du coup, le superamas de la Vierge mentionné plus haut dans le texte a été rétrogradé en simple excroissance de Laniakea.

Un Univers immense et structuré que nous commençons seulement à appréhender

     L’univers (visible) est gigantesque, probablement plat et peut-être infini. On arrive seulement à commencer à en comprendre l’organisation à grande échelle. Pour en estimer l’immensité, on dit parfois qu’il existe autant d’étoiles dans le ciel que de grains de sable à la surface de la Terre. Dans cette image, le Soleil est un de ces minuscules grains de sable (la Voie lactée est alors imaginée comme une petite partie d’une plage). C’est dire si la planète qui nous abrite est infinitésimale. Pourtant, c’est à sa surface que l’Homme réussit peu à peu à comprendre où il se situe, à interpréter le monde qui l’entoure et à en décrypter petit à petit les lois qui le régissent et cet exploit, franchement, est tout à sa gloire.

Sources :

* Wikipedia (US) : en.wikipedia.org/

* Wikipedia France : fr.wikipedia.org/

* Encyclopaedia Universalis

* Revue Pour la Science, dossier 56, juillet-septembre 2007, 74-82

* revue Pour la Science, 472, février 2017, 61-69

* le superamas Laniakea in www.astronomes.com/

Images :

* superamas Laniakae (sources : cosmovisions.com)

* galaxie elliptique (sources : futura-sciences.com)

* galaxie primordiale (sources : dailygalaxy.com)

* galaxie active M 106 (sources : futura-sciences.com)

* galaxie à sursaut de formation d'étoiles (sources : cidehom.com)

* amas de galaxies Abell 370 (sources : galleryastro.fr)

* le Groupe local (sources : fr.wikipedia.org)

* place de la Voie lactée dans le superamas Laniakae (sources : voyage-univers.com)

Mots-clés : galaxies actives - amas galactiques - étoiles primordiales - Groupe Local - superamas de la Vierge - Laniakea - Grand Attracteur

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mise à jour 27 mars 2023

Il existe dans l’univers connu des millions de groupes de galaxies renfermant chacun des dizaines, voire des centaines de galaxies. Dans chaque groupe, ces objets gigantesques sont liés par leurs forces gravitationnelles qui tendent à les faire se rapprocher les uns des autres. En revanche, les distances entre groupes étant démesurées, la gravitation s’efface alors en raison de l’expansion de l’Univers : c’est la raison pour laquelle les groupes galactiques s’écartent inexorablement les uns des autres.

Il n’est donc pas étonnant de voir s’éloigner de nous toutes les galaxies, à l’exception bien sûr de celles contenues dans notre propre groupe baptisé groupe local. Ce dernier est composé d’une soixantaine de galaxies et, parmi elles, les plus grosses sont la Voie lactée (voir sujet) et surtout la galaxie d’Andromède, également connue sous le sigle M 31 (ou NGC 224). C’est cette dernière que nous allons évoquer dans ce sujet.

Le temps des nébuleuses

Jusqu’à un passé récent (début du XXème siècle) les scientifiques étaient tous persuadés qu’il n’existait qu’une seule galaxie – la nôtre – représentant tout l’univers. De ce fait, les quelques galaxies extérieures qu’on devinait sous la forme de faibles taches lumineuses étaient appelées des nébuleuses (et donc jugées internes à la Voie lactée) et c’était précisément la cas de la plus visible d’entre elles, Andromède. On voit encore dans certains livres d’astronomie un peu anciens l’appellation de « grande nébuleuse d’Andromède », un terme évidemment impropre.

Il faudra attendre les années 1920 pour que Edwin Hubble remette les pendules à l’heure (voir le sujet) par ses observations effectuées grâce au grand télescope (pour l’époque) du mont Wilson, aux USA. À la suite des travaux d’Henrietta Leavitt (1868-1921) qui les mit la première en évidence, il s’intéressa en effet à un groupe bien particulier d’étoiles

peuplant ces « nébuleuses », les céphéides, dont la variation d’éclat régulière lui permit d’évaluer leur distance : pour Andromède, il arriva au chiffre de 900 000 années-lumière (la galaxie est en réalité située à 2,5 millions d’années-lumière) ce qui la situait bien trop loin pour appartenir à notre propre galaxie. Dès lors, il devint clair que la Voie lactée n’était qu’une galaxie parmi d’autres et que l’univers était bien plus vaste que ce que l’on avait imaginé jusqu’alors.

Observant par la suite d’autres galaxies lointaines, il put démontrer que si quelques unes d’entre elles, à l’instar d’Andromède, se rapprochent de nous (décalage spectral vers le bleu), l’immense majorité de ces objets s’éloignent en fait de la Voie lactée (décalage spectral vers le rouge) et ce d’autant plus vite qu’elles sont déjà le plus éloignées. Ce qui, au passage, permettait d’affirmer l’expansion de l’univers…

Une galaxie comme les autres ?

Il existe différents types de galaxies, nous l’avons déjà évoqué (voir sujet). La galaxie d’Andromède M31, comme la Voie lactée, est une galaxie spirale mais, à la différence de la nôtre, elle n’est pas – du moins en apparence - barrée. Rappelons pour mémoire qu’une galaxie « barrée » voit ses bras spiraux émerger non pas de son centre mais d’une bande d’étoiles plus ou moins large traversant ce centre. Ce phénomène de barre qu’on

retrouve pour les 2/3 environ des galaxies spirales est supposé dépendre d’une augmentation locale de densité irradiant du centre et modifiant les orbites des étoiles les plus centrales : les scientifiques associent en tout cas ce phénomène de barre à une plus grande production de nouvelles étoiles. Et, de fait, si l’on compare le taux de formation stellaire des deux galaxies, la Voie lactée crée près de cinq fois plus d’étoiles que M31 avec un taux de supernovas deux fois supérieur. On peut dès lors penser que Andromède est actuellement en état de repos, du moins de ce point de vue.

Pour être complet, signalons que des études récentes d’Andromède dans le domaine infrarouge ont suggéré qu’elle possède peut-être quand même une barre centrale qui serait vue depuis la Terre dans le sens de la plus grande longueur mais ces observations n’ont pour le moment pas encore été confirmées.

Une structure presque classique

Située à 2,5 millions d’années-lumière de nous, Andromède est une galaxie très riche en étoiles puisqu’elle en renferme près de mille milliards (contre « seulement » 200 milliards environ pour la Voie lactée) et s’étend sur près de 220 000 années-lumière (contre environ 80 000 années-lumière pour la nôtre)  Toutefois, les analyses les plus récentes nous expliquent que sa masse totale ne représente que les 2/3 de celle de notre galaxie : on suppose que la différence entre les deux est la possible plus grande quantité de matière noire entourant (?) la Voie lactée, cette matière noire qui n’a jamais pu être directement objectivée. Comme on peut le voir, rien n’est donc encore vraiment sûr.

Puisque plus riche en étoiles, Andromède présente logiquement une luminosité de 25% supérieure à celle de notre galaxie mais, comme on l’a déjà dit, le taux de naissance stellaire étant plus élevé chez elle, la Voie lactée rattrape lentement sa grande voisine.

Structure « presque » classique avons-nous écrit car, effectivement, le bulbe d’Andromède est quelque peu particulier : son centre est très compact mais, surtout, abrite une combinaison double. La structure stellaire la plus dense

(appelée P1) est à l’écart du centre proprement dit (P2) moins brillant. Comme ce P2 renferme un trou noir supermassif (40 fois la masse de Sagittarius A qui trône au centre de la Voie lactée), peut-être cette situation inhabituelle est-elle en rapport avec sa présence mais, à l’évidence, le phénomène est pour l’heure encore mal compris.

Le disque d’Andromède est lui aussi quelque peu différent de celui de notre galaxie. En effet, si au travers d’un télescope optique, tout semble habituel, la situation est différente en observation infrarouge. Avec cette technique, on arrive à visualiser des anneaux concentriques – au moins deux – dont les centres paraissent décalés par rapport au centre véritable de la galaxie. Pourquoi ces anneaux ne sont-ils pas visibles en lumière normale ?

Probablement parce qu’ils sont essentiellement composés de poussière froide qui ne rayonne pas aux longueurs d’onde visible. Cette anomalie est vraisemblablement en rapport avec la proximité d’une petite galaxie satellite (M 32) capturée par Andromède il y a un peu plus de 200 millions d’années mais nous y reviendrons.

Enfin, troisième différence avec la Voie lactée, le disque galactique de M 31 n’est pas plan mais en partie torsadé et, ici aussi, ce sont de petites galaxies satellites (notamment celle du Triangle) qui sont responsables du phénomène.

Deux bras spiraux sont nettement visibles et si, dans un premier temps, on les croît enroulés étroitement auprès du bulbe, une étude plus approfondie nous apprend qu’ils sont en réalité plus espacés que ceux de notre galaxie.

À distance, on trouve bien entendu le halo galactique qui est, de loin, le plus vaste objet de notre ciel nocturne mais n’est tout simplement pas visible : il s’étend sur plus de 1,3 millions d’années-lumière à partir du centre, soit à peu près à mi-chemin de notre galaxie : le halo d’Andromède se heurte en réalité au halo de la Voie lactée…

 Il renferme plus de 450 amas globulaires associés à la galaxie géante.

L’un d’entre eux est d’ailleurs si brillant (car incluant plusieurs millions d’étoiles) que les scientifiques pensent qu’il s’agirait en fait du noyau d’une galaxie naine dont les strates extérieures ont depuis longtemps été incorporées à la géante. Au total néanmoins, et toutes proportions gardées, il est logique de penser que la galaxie d’Andromède et la Voie lactée ont connu une évolution comparable.

Ces différences somme toute mineures avec la Voie lactée nous confirment que si les galaxies ont des structures globalement identiques, chacune d’entre elles a une vie propre qui les distingue les unes des autres.

Le cannibalisme d’Andromède

Nous venons d’évoquer les irrégularités de la structure de la galaxie d’Andromède que nous avons rattachées à son appétit pour certaines de ses voisines. Il paraît donc intéressant de se pencher sur le passé assez torturé de notre grande voisine et sur ses satellites, notamment la galaxie elliptique M32 qui offre un aspect plutôt inhabituel. Mais qu’est-ce qu’une galaxie elliptique ?

 Longtemps, avec Edwin Hubble, les scientifiques ont pensé qu’une galaxie elliptique était le stade précoce des galaxies : renfermant des milliards d’étoiles à la manière d’un amas globulaire fermé (mais à une échelle bien plus grande),

elles possèdent un centre très compact, très riche en étoiles mais dont la densité diminue progressivement au fur et à mesure qu’on s’éloigne du centre. À la différence d’une spirale, une elliptique ne tourne pas sur elle-même et, du coup, le mouvement de ses étoiles est aléatoire, au gré des forces gravitationnelles de proximité. Pauvre en gaz et en matière, elles ne forment presque pas de nouvelles étoiles et ne sont donc constituées que de vieille étoiles rouges de type II et de naines blanches. Ces caractéristiques ont finalement amené les astronomes à reconsidérer l’hypothèse de Edwin Hubble et pensent à présent que, bien au contraire, il s’agit ici d’un stade avancé de sénescence galactique, vraisemblablement dû à la fusion de deux galaxies spirales.

Revenons donc à M32, une galaxie « elliptique » bien particulière. Elle est en effet bizarre : sa population stellaire est assez variée et, bien qu’elle soit compacte comme une elliptique (c’est une des galaxies les plus compactes

de l’univers observable), elle possède en réalité un nombre non négligeable d’étoiles jeunes au sein d’une population composée de vieilles étoiles jaunes ou rouges. Elle ne possède effectivement pas de gaz et de poussière interstellaires. Alors une galaxie elliptique classique. ? C’est la proximité de la géante Andromède qui fait douter.

Nous avons évoqué plus haut les anneaux concentriques de M31, uniquement visibles en lumière infrarouge. Les scientifiques pensent aujourd’hui que ces perturbations du disque de la galaxie sont en rapport avec l’absorption des couches périphériques de M32. Ce phénomène de phagocytose galactique expliquerait du coup l’explosion de création d’étoiles survenue au sein d’Andromède il y environ deux milliards d’années, une séquence au cours de laquelle un cinquième de ses étoiles a vu le jour.

On sait que les galaxies de grande taille se sont formées par cannibalisme de galaxies plus petites se trouvant au sein d’un même groupe et qui, attirées par des forces de marée gravitationnelle gigantesques, se rapprochent de la plus grosse afin de se satelliser puis de se faire absorber. La galaxie d’Andromède est un bon exemple de ce type d’événements.

L’avenir du groupe local

Sous le coup des forces gravitationnelles, les groupes galactiques finiront tous par ne plus contenir qu’une seule galaxie géante, résultat de la fusion de toutes les galaxies locales. Le nôtre n’échappera pas à cet avenir certes lointain.

De fait, la galaxie d’Andromède se rapproche de nous. Sa vitesse a été calculée par l’étude spectrométrique de ses étoiles et l’évaluation de leur décalage vers le bleu. Il est à présent certain que les deux grandes galaxies du groupe local se rapprochent l’une de l’autre à la vitesse de 430 000 km/h, soit 120 km/s. Cette vitesse peut sembler relativement élevée mais l’espace est si vaste qu’il faudra environ 3 à 4 milliards d’années pour que le choc se produise. Inutile de préciser que, à cette date lointaine, l’Humanité aura depuis longtemps disparu.

La Voie lactée et Andromède commenceront par tourner l’une autour de l’autre avant de s’échanger gaz et étoiles ce qui durera environ sept milliards d’années. Toutefois, le vide interstellaire est si important qu’il est hautement improbable que les étoiles de l’une et de l’autre entrent en collision et cette fusion se fera donc sans dommages. En revanche, leurs nuages de gaz et de matière s’échaufferont suffisamment par endroit pour donner naissance à de gigantesques pouponnières de nouvelles étoiles. Le spectacle sera probablement féérique surtout vue de notre système solaire qui, s’il est toujours présent, sera relégué aux confins de la nouvelle galaxie spirale géante dont le nom est déjà trouvé : Mikomeda.

La Voie lactée et Andromède presque sœurs

Si ce n’est la taille, notre galaxie et Andromède semblent de structure assez voisine. Il reste néanmoins encore beaucoup à apprendre sur notre grande voisine d’autant que ce que nous en savons est en définitive assez récent : il faut se rappeler que la première observation d’étoiles distinctes dans la partie centrale de M 31 date de la deuxième guerre mondiale, une prouesse permise par le couvre-feu alors de rigueur à Los Angeles. Les nouveaux télescopes notamment spatiaux (on pense au télescope James Webb dont le lancement a eu lieu avec le succès que l'on sait en 2023) permettront d’en savoir plus.

Sources :

• Wikipédia France
• encyclopaedia britannica
• sciencesetavenir.fr
• futura-sciences.com
• fr24news.com
• science-et-vie.com
• astronoo.com
• free.fr

Images :

1.  galaxie d'Andromède : darkskies.space
2.  Edwin Hubble : youtube.com
3.  galaxie barréeNGC 1300 : pinterest.com
4.  double noyau de M31 : Wikipedia France
5.  anneaux d'Andromède : futura-sciences.com
6.  amas globulaire Mayall II : de.wikipedia.org
7.  galaxie elliptique NGC4150 : fr.wikipedia.org
8. . galaxie M32 : messier-objects.com
9. . groupe local : astrosurf.com

Mots-clés : groupe local - Edwin Hubble - Henrietta Leavitt - céphéides - galaxie barrée - matière noire

Sujets apparentés sur le blog

1. Edwin Hubble, le découvreur

2. les galaxies

3. les galaxies cannibales

4. l’expansion de l’Univers

5. la Voie lactée

6. les céphéides

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mise à jour : 18 janvier 2024

Voici quelques courts articles parus sur le site Facebook du blog

LA MATIÈRE NOIRE, CETTE INCONNUE

     Nous évoquions il y a peu la matière noire de l'Univers, invisible mais seule à même d'expliquer les anomalies gravitationnelles des galaxies dans leurs parties visibles : celles-ci tournent en effet trop vite sur elles-mêmes ce qui sous entend la présence d'un élément supplémentaire baptisé matière noire (représentant 25 % de l'Univers contre 3% pour la matière visible, c'est-à-dire galaxies, nuages de gaz, etc.).

     Des chercheurs de l'université de Waterloo (Ontario - Canada) affirment avoir obtenu une image composite de cette fameuse matière noire en exploitant les clichés de 23 000 galaxies situées à 4,5 milliards d'années-lumière (voir l'image ci-dessus). Leur procédé ? Capter les infimes déformations des images galactiques lointaines sous l'influence de masses inconnues (par la technique des lentilles gravitationnelles que nous avons déjà évoquée).

     Les scientifiques de Waterloo en sont certains : non seulement la matière noire existe mais elle s'étend d'une galaxie à l'autre en des sortes d'immenses filets et ce d'autant plus que les galaxies sont plus proches les unes des autres.  Même si cette découverte ne remet nullement en cause le modèle standard de l'Univers actuellement en vigueur (bien au contraire puisqu'il prédisait les filaments de matière noire en question), elle ne nous apprend pas grand chose sur la dite matière noire... mais seulement qu'elle existe et ce n'est déjà pas si mal !

voir aussi l'article : matière noire et énergie sombre

BULLE CÉLESTE

     Dans la constellation du Grand Chien, à environ 5200 années-lumière de nous, gonfle une énorme bulle cosmique. Énorme, en effet, puisqu'elle couvre 2/3 de degré sur le ciel (1/2 degré pour la pleine Lune). Rapportée à sa distance, la bulle (nommée Sharpless 2-308) s'étend en réalité sur près de soixante années-lumière.

     L'origine de cet objet plutôt spectaculaire est une étoile géante bleue qui est sur le point de se transformer en supernova (pour les initiés, on  parle alors ici d'une étoile de Wolf-Rayet). Dans quelques milliers d'années, en explosant, cette étoile illuminera toute la galaxie au point, vu de l'extérieur, d'effacer la luminosité des milliards d'étoiles qui l'entourent.

     Sur la photo, l'étoile en question est celle qui se trouve près du centre de la bulle. Elle expulse par à-coups de la matière qui vient balayer celle déjà émise : les vents solaires provoqués par l'étoile dispersent alors l'ensemble sous la forme de cette nébuleuse concentrique. Le phénomène dure depuis environ 70 000 ans et lorsque l'on dit que la géante bleue est sur le point d'exploser, il faut bien sûr comprendre qu'on parle en termes astronomiques et en aucun cas par comparaison à la durée d'une vie humaine.

     À quelques années-lumière de distance du phénomène, le spectacle doit être féérique mais il vaudra mieux ne pas être là lorsque la supernova explosera.

Image : la nébuleuse Sharpless 2-308
Crédits :Anis Abdul (ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U)

voir aussi l'article : étoiles géantes

LE GRAND VIDE DE L'ESPACE

     La physique quantique l'affirme : le vide ne peut jamais être totalement vide car le vide intégral, total, absolu n'existe pas ! À l'échelon macroscopique toutefois l'affaire semble différente car, entre les étoiles et plus encore entre les galaxies, il semble bien n’exister que… rien, du néant, du vide... sauf que ce vide, ici aussi, n'est pas total puisqu'on estime que, entre les galaxies, on trouve environ 10 atomes par mètre-cube, 100 000 fois moins que dans le vide entre les étoiles (vide interstellaire).

      Le vide interstellaire (ou intersidéral) contient donc de la matière, certes fort diluée, mais parfois dense à certains endroits comme dans les nuages de gaz ou de poussières. Cette matière participe à la création de nouvelles étoiles et, de temps à autre, ce sont les restes d'une étoile antérieure qui contribuent à inséminer le futur du cosmos.

     Sur la photo ci-dessus, on peut voir l’image du rémanent (l’enveloppe externe de l’étoile projetée dans l’espace) d’une supernova appelée Puppis A. Cet objet était situé à 7 000 années-lumière de nous et il termina sa vie il y a 3 700 ans. Le rémanent forme une espèce de coquille pas tout à fait sphérique et est occupé en son centre par une étoile à neutrons (le reste central de l'étoile) qui explique le fort rayonnement X toujours perceptible malgré le temps passé. Le rémanent continue de s’étendre en se diluant et occupe à présent près de 60 années-lumière de large.

     Sur l'image du rémanent de Puppis A, on peut distinguer en rouge l'hydrogène et l'azote tandis que, en bleu, on aperçoit des fibrilles d’atomes d’oxygène choqués. Tous ces éléments sont susceptibles d’être réutilisés pour construire de nouveaux astres. Non, décidément, l’espace intersidéral n’est pas vide.

Image Crédit & Copyright: Don Goldman, ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

M7, L'AMAS DE PTOLÉMÉE

     Déjà observé par Ptolémée et décrit par lui en 130 après J.C., cet amas est dit "ouvert". Rappelons que ce type d'objets associe quelques centaines d'étoiles, toutes nées à partir d'un même grand nuage de poussière et de gaz (ce qu'on appelle une nébuleuse diffuse). De ce fait, ces étoiles sont très semblables en âge et en composition chimique et seules leurs tailles respectives les différencient. La proportion d'étoiles bleues, jaunes ou rouges permet d'estimer l'âge de l'amas (plus il y d'étoiles bleues, plus ils sont jeunes). Peu à peu, ces étoiles sont amenées à se séparer et à vivre leurs vies de façon indépendante.

     Il existe, à l'inverse, des amas dits "fermés" en ce sens que les quelques millions d'étoiles qui les composent se répartissent sur une zone réduite d'où les fortes liaisons gravitationnelles : ceux-ci (environ 200 pour la Voie lactée) sont nés en même temps qu'elle.

     Mais revenons à M7. D'après les spécialistes, c'est l'un des plus beaux amas que l'on puisse contempler. Il se situe dans la queue de la constellation du Scorpion et est dominé par de brillantes étoiles bleues ce qui souligne sa jeunesse (les scientifiques lui accordent environ 200 millions d'années ce qui situe sa naissance à l'heure des dinosaures sur Terre). Il est situé à environ 1000 années-lumière de nous et son diamètre est de 25 années-lumière.

     Pour obtenir l'image ci-après, il a fallu un très long temps d'exposition ce qui explique l'importance des poussières et surtout la présence de millions d'étoiles en arrière-plan (la vue est en direction du centre de la galaxie).

Photo : M7, amas ouvert dans le Scorpion

Crédit & Copyright: Roberto Colombari),ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

voir aussi l'article : amas globulaires et traînards bleus

LA GALAXIE DU MARSOUIN

     On oppose souvent les galaxies spirales (comme notre Voie lactée avec ses bras spiraux) et les galaxies elliptiques en forme de ballon de rugby, plus anciennes et donc composées d'étoiles plus âgées.

     À environ 300 millions d'années-lumière de nous, dans la constellation de l'Hydre, existe le système dit de Arp 142 qui associe deux galaxies, une spirale (NGC 2936) située en haut de la photo ci-après (prise par le télescope spatial Hubble) et une elliptique plus massive (NGC 2937) qui se trouve plus bas sur l'image.

     Toutefois, comme on peut le voir, la galaxie spirale a pris une drôle de forme : elle semble se dilacérer. Il y a plusieurs centaines de millions d'années, elle devait être une spirale tout à fait classique mais elle a été attirée vers la galaxie elliptique par d'extraordinaires forces gravitationnelles. Du coup, elle en est toute déformée. Dans quelques dizaines de millions d'années, ces deux galaxies vont fusionner.

     En raison de sa forme, on a baptisé la galaxie spirale déformée la galaxie du marsouin tandis que l'ensemble des deux (Arp 142) est comparé à un pingouin qui protégerait son œuf. À noter que le "bec du marsouin" est particulièrement bleu ce qui s'explique par la création de nombreuses étoiles en raison des forces de gravité. Dans tous les groupes de galaxies, si celles-ci sont suffisamment proches les unes des autres, elles s'attirent afin de ne plus former à terme qu'une seule et immense galaxie. Ce sera également le sort de la Voie lactée, de la galaxie d'Andromède et des quarante à soixante galaxies qui composent notre propre groupe local.

photo : NASA, ESA, Hubble, HLA; retraitement & Copyright: Raul Villaverde

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voir aussi l'article : les galaxies cannibales

LA PLUS LOINTAINE GALAXIE DU GROUPE LOCAL

     Les milliards de galaxies qui peuplent l'Univers s'éloignent de nous. Toutes ? Pas tout à fait : une cinquantaine d'entre elles (dont la galaxie d'Andromède) sont liées à notre Voie lactée par les forces gravitationnelles (ce qui est impossible pour les autres qui sont trop éloignées). Ce groupe d'environ cinquante galaxies dont la nôtre est appelé le groupe local.

     À environ 3 millions d'années-lumière de nous, en regard de la constellation de la Baleine, on peut apercevoir une galaxie naine solitaire baptisée WLM, du nom des trois astronomes, Wolf, Lundmark et Melotte, qui l'ont découverte. Elle est si éloignée que, pour certains scientifiques, elle n'a peut-être jamais interagi avec les autres galaxies du groupe. Pour d'autres (les plus nombreux), elle fait bien partie de notre groupe tant les distances avec les autres galaxies de l'Univers sont gigantesques et du fait qu'elle ne s'éloigne pas de nous.

     Quoi qu'il en soit, elle possède bien des lieux de formation d'étoiles trahis par leur teinte rosée tandis qu'on trouve à proximité des flopées d'étoiles jeunes et bleues. En revanche, le halo central (d'environ 8000 années-lumière) est, comme cela est prévisible, composé d'étoiles plus anciennes dont la coloration globale tend vers le rouge.

    À terme, WLM rejoindra l'énorme galaxie qui sera formée par la jonction des galaxies du groupe local mais dans bien longtemps puisque la fusion de la Voie lactée et d'Andromède n'est pas prévue avant 3 à 4 milliards d'années : la supergalaxie résultante (déjà baptisée Milkdromeda - en français, Milkomède) pourra alors "attirer" WLM pour l'inclure dans sa population centrale de milliers de milliards d'étoiles...

Image : la galaxie WLM photographiée par l'OmegaCam de l'Observatoire européen austral du Paranal
Crédits : ESO, VST/Omegacam Local Group Survey
 

FAIRE DU NEUF AVEC DU VIEUX

     La vue ci-dessus pointe sur l'amas de galaxie Abell 3574 qui se trouve en regard de la constellation du Centaure. Au centre de la photo, à environ 200 millions d'années-lumière de notre Voie lactée, on peut distinguer une galaxie nommée NGC 5291 et un objet proche appelé galaxie du Coquillage. Plus bas on aperçoit des trainées gravitationnelles constellées de petites condensations qui ont l'allure de galaxies naines mais, fait significatif, ces condensations ne possèdent pas d'étoiles anciennes : les étoiles jeunes y sont largement prédominantes et on peut également y voir des pouponnières d'étoiles. Pourquoi cet aspect plutôt étrange ? Parce qu'il s'agit en réalité de la conséquence d'une collision ancienne entre galaxies et les condensations, anormalement riches en éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, sont très certainement le résultat du recyclage des débris issus de NGC 5291. Comme quoi, dans le cosmos, rien ne se perd jamais vraiment...

Crédit image : eternosaprendizes.com.
 

NÉBULEUSE DE L'ESQUIMAU

    Située dans la constellation des Gémeaux et à 3 750 années-lumière de la Terre, cette nébuleuse planétaire est visible avec de petits instruments voire une très bonne paire de jumelles mais c'est avec le télescope spatial Hubble qu'elle prend toute sa signification (photo ci-dessus). Certains en effet y devinent le visage d'un esquimau au sein de sa parka alors que d'autres décrivent un visage, en fait une tête de clown (deuxième appellation de la nébuleuse) souriante avec un gros nez.

     Nébuleuse planétaire ? En réalité, un tel objet n'a absolument rien à voir avec une planète : il s'agit là d'une ancienne appellation erronée (du temps où les lunettes d'observation étaient imprécises) qu'on a conservée par souci de continuité historique.

     Une nébuleuse planétaire est le stade où une "petite" étoile (c'est-à-dire moins de huit fois la masse du Soleil) meurt, se transformant d'une étoile géante rouge boursouflée en un noyau résiduel appelé naine blanche.  Les couches externes de l'étoile mourante, illuminées par les rayons ultraviolets du rémanent central, sont expulsées à la vitesse de 50 km/s  ce qui donne des images évoluant rapidement au fil des dizaines d’années. Cette enveloppe externe possède des filaments, violemment soufflés par des vents de particules en provenance du centre, pouvant atteindre ici une année-lumière, longueur plutôt rare pour ce type d'événements. 

     L'étoile qui présente aujourd'hui cette image de nébuleuse était clairement de type solaire et le cataclysme pour elle se produisit il y a environ 10 000 ans.

     C'est William Herschel qui la mit en évidence en 1787. 1500 nébuleuses de ce type ont été à ce jour découvertes mais on estime leur nombre total dans la galaxie à plus de 50 000.

Crédit photo : Andrew Fruchter (STScI) et al., WFPC2, HST, NASA
 

ÉTOILES GÉANTES VOLATILES BLEUES

     Au milieu de nuages de poussière et visible un peu en haut et à droite du centre de la photo, on peut apercevoir l'étoile massive G79.29 0.46. Ce type d'étoiles est très rare dans la Galaxie (pas plus d'une centaine connues actuellement). Il s'agit d'étoiles supergéantes qui, ayant épuisé tout leur hydrogène (et donc sur le point de quitter la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russel ou venant juste de la quitter), se mettent à fusionner leur hélium, puis des corps plus lourds. Elles présentent la caractéristique d'expulser des coquilles de gaz équivalant en une centaine d'années à la masse de Jupiter et produisant de ce fait des vents stellaires extrêmement puissants incluant énormément de substance au point que leur corps central est totalement masqué, entouré par une bulle de matière. Intrinsèquement brillantes et bleues, ces étoiles sont donc si emmitouflées dans la poussière qu'elles ne sont pas observables dans le visible mais uniquement dans l'infrarouge. En réalité, cette phase ne dure pas longtemps (quelques centaines de milliers, voire un million d’années) avant qu’elles n’explosent en supernovas, une fois atteinte la transformation des métaux lourds en fer. Ces étoiles font, avec d'autres, partie des étoiles dites de Wolf-Rayet, en l’honneur des deux astronomes français qui les mirent en évidence au début du siècle dernier.

     Sur cette image (en couleurs retravaillées), l'étoile elle-même apparaît en vert et est entourée de coquilles rouges. G79.29 0.46 se trouve dans la région de formation d'étoiles Cygnus X de notre galaxie. G79.29 0.46 est extrêmement volatile mais on ne connait pas la raison de cette caractéristique de même qu'on ne sait pas à quel moment elle explosera en supernova.

Crédit image : NASA, Spitzer Space Telescope, WISE; Traitement & Licence : Judy Schmidt

voir aussi l'article : étoiles géantes

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mise à jour : 24 mars 2023

Voici quelques courts articles parus sur le site Facebook du blog

L'AMAS DES PLÉIADES

     Les Pléiades (M45 dans la classification de Messier) sont connues depuis la plus haute antiquité, le poète grec Hésiode les ayant déjà évoquées en 700 avant J-C ! Cet ensemble d'étoiles est connu parce que relativement proche de nous (environ 400 années-lumière) et visible, même au cœur des grandes métropoles de notre époque tellement parasitées par les lumières artificielles.

     Il s'agit d'un amas ouvert d'environ 3000 étoiles, situé dans la constellation du Taureau, dont on peut voir une dizaine d'éléments à l’œil nu selon la pureté du ciel. Il a été également baptisé "les sept sœurs" en référence aux 7 filles d’Atlas et Pléioné de la mythologie grecque : les étoiles les plus visibles portent d'ailleurs les noms de ces antiques déesses.

     Rappelons qu'un amas ouvert est un conglomérat d'étoiles nées ensemble et liées entre elles par des forces gravitationnelles assez faibles qui s'estompent avec le temps, rendant ainsi les étoiles indépendantes. Par opposition, les amas fermés sont des ensembles d'étoiles situés en dehors de la galaxie et, liés par une forte gravitation, ils tournent autour d'elle, au risque d'être à chaque passage "amputé" de quelques étoiles par l'attraction galactique (nous avons évoqué le dernier passage de l'un d'entre eux, Palomar 13, il y a quelques mois).

     Long d'environ 13 années-lumière ce qui est peu, l'amas des Pléiades est visible facilement parce que proche et, dans le ciel nocturne, il s'étend sur environ 2°, soit quatre fois le diamètre apparent de la Lune. On y a repéré des naines brunes, c'est à dire des étoiles trop petites pour s'être "allumées" (ce qui est logique puisqu'un amas ouvert est à l'origine une pouponnière d'étoiles).

     Sur la photo, on distingue les étoiles les plus brillantes de l'amas, entourées de nébuleuses par réflexion (le nuage de poussières dans l'amas). Ces aigrettes de diffraction sont générées par l'instrument d'observation mais, dans le cas présent, je trouve que cela renforce la beauté de l'image...

Pour en savoir plus : "amas globulaires et traînards bleus " : 

Image : l'amas ouvert des Pléiades (sources : Image Crédit & Copyright : Robert Gendler ; ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.)

LA NÉBULEUSE DE LA TÊTE DE CHEVAL BLEU

     Précisons d'emblée que cette nébuleuse dite "de la tête de cheval" n'est pas la plus célèbre connue sous un tel nom : la plus fameuse est en effet située dans la constellation d'Orion et a été maintes fois photographiée et étudiée. C'est la raison pour laquelle on précise ici "tête de cheval bleu".

    Sur l'image ci-après, on voit effectivement un nuage de poussière bleu rappelant une tête de cheval, d'où son nom. Identifiée sous le code IC 4592, cette nébuleuse est peu connue puisque difficile à photographier (il faut un long temps de pause) car elle est très peu lumineuse. Elle est située à plus de 400 années-lumière (436 exactement) de nous et est très étendue : il s'agit de ce que l'on appelle une "nébuleuse par réflexion".

     Qu'est-ce qu'une nébuleuse par réflexion (nous en avons déjà évoquées quelques unes) ? Eh bien, il s'agit de nuages de poussière qui réfléchissent la lumière des étoiles se trouvant près d'eux. Elles s'opposent aux nébuleuses par émission où les étoiles qui habitent celles-ci sont suffisamment chaudes et proches pour ioniser les gaz et poussière de la nébuleuse qui prennent alors des couleurs diverses selon leur composition.

    La nébuleuse de la tête de cheval bleue réfléchit principalement la lumière d'une étoile très brillante de la constellation du Scorpion, Nu Scorpii. Cette étoile est une supergéante bleue dont le nom commun est Jabbah (ou Jabah). En réalité, en approfondissant l'observation, on comprend qu’il s'agit d'un système stellaire quintuple (et peut-être même sextuple) associant deux groupes d'étoiles très proches l'un de l'autre et dominés par deux supergéantes bleues de type B2.

    On peut voir l'étoile Jabbah à l'emplacement supposé de l'œil de la tête de cheval bleue tandis qu'une deuxième nébuleuse par réflexion est visible à l'emplacement de l'oreille du cheval (IC 4601), juste après les deux autres étoiles bleues. À noter : pour cette photo, le nord est en bas et le sud en haut.

Pour en savoir plus : "étoiles doubles et systèmes multiples" 

Image : la nébuleuse de la tête de cheval bleue (crédits : Scott Rosen / ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U).

LES DENTELLES DU CYGNE

     Les dentelles du cygne (en anglais, Cygnus Loop) sont les restes d'une étoile ayant explosé il y a quelques milliers d'années dans la constellation du Cygne ; l'enveloppe externe de cette étoile s'est dispersée dans l'espace et on parle alors de rémanent de ce qui fut une supernova. C'est le télescope spatial Hubble qui a pris ce cliché il y a maintenant plus de 20 ans...

     Le nuage de gaz ionisé est ici vu par la tranche et il se déplace à la vitesse d'environ 150 km/sec. mais il ne s'agit que d'une petite partie de l'ensemble et sa luminosité est le résultat de l'excitation du gaz qui la compose. L'ensemble "des dentelles" est composé des grandes et petites dentelles ainsi que du triangle de Pickering que nous avons déjà évoqué il y a quelques mois.

     La photo qui illustre ce sujet est très particulière. En effet, s'il existe de nombreux clichés des "dentelles", celui-ci a servi aux scientifiques pour estimer à nouveau la distance et l'âge de cet objet astronomique : on sait à présent qu'il n'est situé qu' à 1440 années-lumière de nous et que son âge est d'un peu moins de 10 000 ans.

Image : les dentelles du Cygne (crédits : Robert Nemiroff (MTU) & Jerry Bonnell (UMCP) ; ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.)

LA COULEUR DES ÉTOILES

     Bien qu'apparaissant toutes blanc-jaune et clignotantes aux yeux de l'observateur amateur depuis la Terre, les étoiles sont en réalité de couleurs différentes : bleu, jaune, blanc, rouge, vert, etc. Prenons l'exemple de la supergéante rouge Antarès, de la constellation du Scorpion, (en fait une étoile double associant la supergéante rouge à une géante bleue vivant dans l'ombre de sa grande voisine). C'est une étoile si gigantesque que, à côté d'elle, le Soleil aurait l'air d'un nain. Cette étoile en fin de vie, dont le diamètre est 888 fois celui de notre étoile, est rouge car son enveloppe externe se dilate et donc se refroidit.

     Antarès, une des étoiles les plus brillantes du ciel, à partir du pôle inférieur de l’ensemble, illumine tous les nuages rouge-jaune situés en bas et à gauche de la photo ci-après. En revanche, les espaces tout à fait obscurs situés au centre et en haut de l'image sont des nuages de poussière éclairés par derrière qui, en arrêtant la lumière des étoiles situées encore plus loin, donnent cette impression d'encre de Chine.

    Dans la partie haute de la photo, on peut distinguer une nébuleuse par réflexion de couleur bleue au sein de laquelle resplendit l'étoile Rhô Ophiuchi (en fait un système quadruple de géantes bleues) située à 360 années-lumière de nous. Cette région est d'ailleurs une pouponnière d'étoiles.

    Revenons à Antarès. On aperçoit en bas et sur la droite de l'étoile un amas globulaire. Il s'agit de M 4, bien plus lointain puisque situé à 7195 années-lumière (contre 600 années-lumière pour Antarès) mais qui reste néanmoins l'amas globulaire le plus proche de la Terre.

    L'image de la NASA démontre s'il en était besoin la richesse des couleurs de l'Univers. Pourtant une partie de ces couleurs n'est pas accessible à l'œil humain, notamment dans l’infrarouge mais aussi en ultra-violet. L'Évolution n'a pas jugé nécessaire de sélectionner ces caractéristiques chez le grand primate qu'est l'Homme (qui n'en a sans doute guère besoin dans sa vie terrestre) mais devant un tel spectacle on peut vraiment le regretter.

Sur le blog : la couleur des étoiles 

Image :: Tom O'Donoghue (ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U)

L'AVENIR (LOINTAIN) DU SOLEIL

     Voici ci-dessus une intéressante photo de la nébuleuse de la Calebasse située à environ 5000 années-lumière de nous, dans la constellation de la Poupe : on y voit là la mort d'une étoile ressemblant à notre soleil, très vraisemblablement une naine jaune comme lui.

     Après avoir épuisé son carburant, l'hydrogène, qu'elle transformait en hélium, cette étoile est devenue une naine blanche pour sa partie centrale. En effet, jusque là les réactions nucléaires contrebalançaient ses pressions internes depuis des milliards d'années mais voilà que ce bel équilibre a été rompu : le centre de l'étoile s'est écrasé sur lui-même donnant naissance au cadavre d'étoile appelé naine blanche (de la taille d'une planète) qui mettra des milliards d'années à s'éteindre en naine noire tandis que son enveloppe externe a été expulsée dans l'espace à la vitesse d'un million de km/h pour donner la nébuleuse.

     Sur la photo, le centre de l'étoile mourante est caché par d'épais nuages de poussière et de gaz tandis que se développent les premiers stades de la nébuleuse planétaire. La vitesse de propagation du nuage de gaz est si forte qu'il existe un phénomène de ionisation de l'hydrogène et de l'azote (en bleu sur le cliché). Dans quelques centaines d'années, le nuage de gaz sera une classique nébuleuse bipolaire.

     Mais, dans environ 5 milliards d'années, à une époque où l'humanité et ses espoirs auront depuis bien longtemps disparu, le même phénomène arrivera au Soleil. Avant que des millions d'années plus tard encore ses restes soient peut-être en partie récupérés pour former une nouvelle étoile.

Sur le blog : "mort d'une étoile"

Crédits photo : NASA, ESA, Hubble, MAST; Remerciements: Judy Schmidt.

LA SUPERNOVA DE TYCHO BRAHE

   Tycho Brahe, scientifique danois, fut au XVIème siècle l'astronome le plus célèbre. Parmi ses nombreuses observations, l'objet de la photo ci-après est le rémanent de la supernova observée par l'illustre savant le 11 novembre 1572.

    Depuis la plus haute antiquité, les tenants des croyances religieuses soutenaient qu'un objet céleste nouveau ne pouvait apparaître qu'entre la Terre et la Lune mais pas au delà, domaine de l'immuable (axiome aristotélicien). Brahe prouva qu'il s'agissait bien d'une étoile, donc située au delà de la Lune : la religion avait donc tort et ce fut probablement un des deux ou trois événements les plus importants de l'histoire de l'astronomie et, peut-être même, de l'Humanité.

   Cette supernova, baptisée SN 1572 est très certainement de type I (dite thermonucléaire), c'est à dire produite par l'explosion d'une naine blanche ayant progressivement absorbé la matière d'une étoile avec laquelle elle formait un système binaire. Extrêmement chaud, le nuage de gaz en dilatation présente des secousses dans sa vitesse d'expansion ce qui lui confère cette apparence boursoufflée.

sources : Robert Nemiroff (MTU) & Jerry Bonnell (UMCP), ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

UNE GALAXIE BIEN ÉTRANGE

    En braquant son optique à plus de 20 millions d'années-lumière dans la direction de la constellation des Poissons, le télescope Gemini nord (situé sur un volcan endormi de Hawaï, à plus de 4200 m d'altitude) a repéré cette galaxie (baptisée NGC 660) avec son look bizarre.

   On appelle ce type de galaxie (en réalité, très rare), une "galaxie à anneau polaire" parce que, comme on peut le voir sur l'image ci-dessus, une grande partie des étoiles et de la poussière de cette galaxie forme un anneau perpendiculaire au plan galactique principal. Quelle peut bien en être la raison de cette configuration plutôt curieuse ?

   Eh bien ,l'hypothèse la plus vraisemblable est qu'il s'agit de la capture d'une autre galaxie par la principale : après démembrement de la plus petite galaxie par les "forces de marée" gravitationnelles générées par la plus grosse des deux galaxies, les débris ainsi formés (des milliards d'étoiles comme le Soleil) se sont mis à graviter en anneau autour de l'axe de la galaxie principale.

   On sait que, selon la théorie actuellement en vigueur, chaque galaxie est probablement entourée par un halo de matière noire (matière à la composition totalement inconnue dont on ne fait que soupçonner indirectement la présence) ; du coup, cette configuration galactique exceptionnelle va peut-être permettre d'étudier l'action de la matière noire sur l'anneau polaire et peut-être pourrons-nous en savoir plus sur cet élément mystérieux...

    Précisons enfin que l'anneau polaire de NGC 660 s'étend quand même sur plus de 50 000 années-lumière puisqu'il est plus grand que le disque galactique lui-même : à titre de comparaison, le disque de notre propre galaxie, la Voie lactée, mesure environ 70 000 années-lumière dans sa plus grande longueur.

Image : Gemini Observatory, AURA, Travis Rector (Univ. Alaska Anchorage) ; ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

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mise à jour : 24 mars 2023

          Dans les années trente, Fritz Zwicky (1898-1974), un astronome américano-suisse de génie, jeta un pavé dans la mare du petit Landerneau astronomique de l’époque en évoquant la possibilité de la présence d’une « matière invisible » entre les galaxies. Toutefois il reste surtout connu pour avoir été un « chasseur » de supernovas dont il fut au demeurant le premier à introduire le terme : il en découvrit plus de 150 entre 1929 et 1973 ! Il fut également le premier à prédire la transformation de certaines de ces supernovas en étoiles à neutrons et suggéra qu’elles pouvaient être à l’origine de rayons cosmiques. Ces approches novatrices furent indéniablement de grandes avancées pour la science. Malheureusement, son hypothèse sur la matière invisible, remarquable pour l’époque (nous sommes à moins de dix ans de la démonstration par Edwin Hubble que l’Univers existe en dehors de notre galaxie) fut hélas oubliée durant plus de 40 ans…

Des observations déconcertantes

          En 1933, donc, Zwicky s’intéresse à l’amas de Coma, un groupe de sept galaxies dont il essaie d’estimer les vitesses de rotation et, là, grosse surprise, ses calculs rapportent des vitesses bien plus élevées que prévues. Il recommence

ses calculs plusieurs fois mais rien à faire : il retombe sur les mêmes chiffres. Du coup, son observation va à l’encontre de l’effet attendu qui veut que la vitesse de rotation des étoiles décroisse en fonction de leur éloignement du centre galactique. Pour expliquer la différence de ce qui est observé par rapport à ce qui était attendu, il faut imaginer la présence d’une masse environ 400 fois plus importante que celle qui est visible. Tout se passe comme si les régions éloignées (les « bords ») des centres galactiques étudiés étaient en fait encore centraux et entourés par une masse énorme de « matière invisible » expliquant le phénomène.

          Zwicky s’empressa de transmettre ses résultats à l’ensemble de ses collègues mais il ne fut pas écouté : il est vrai que l’homme était un peu spécial… Doté d’un caractère épouvantable (c’était la terreur des étudiants), n’hésitant jamais à dire ce qu’il pensait des uns et des autres (qui était souvent négatif) et défendant de plus des théories parfois complètement farfelues, il était à part dans cette communauté scientifique encore très conservatrice. N’obtenant aucune aide qui aurait pu conforter (ou non) la justesse de son observation, Zwicky retourna se consacrer à ses chères supernovas et, durant près de quarante ans, on oublia le sujet.

             Nous sommes à présent en 1978, toujours aux USA, mais avec l’astronome Véra Rubin qui s’intéresse tout spécialement à M 31, la galaxie d’Andromède, et elle aussi a des ennuis avec la vitesse de rotation des étoiles périphériques autour du

centre galactique : elles tournent bien trop vite et, comme les lois de la gravitation sont partout les mêmes, cela veut dire que ces astres « périphériques » ne le sont pas. Une masse non visible empêche les étoiles étudiées de ralentir, preuve que ces étoiles ne sont pas vraiment à la périphérie de la galaxie et que le halo de celle-ci se prolonge donc… par quelque chose. Cette fois, pas question d’oublier l’étude de Rubin : l’astronome n’est pas marginalisée et les outils d’investigation sont devenus plus précis. Il ne s’agit pas d’une erreur de calcul ce qui est d’ailleurs rapidement confirmé par d’autres observations : le halo de la galaxie d’Andromède est peut-être beaucoup plus large que prévu et cela est probablement le cas pour nombre d’autres galaxies. Elargi mais par quoi ? Car on a beau chercher dans tous les sens, on ne voit et on n’enregistre jamais rien.

Matière noire

          Ce composant invisible qui entoure certaines galaxies de façon plus ou moins importante et fait que les étoiles qu’on croyait en bordure galactique ne le sont pas, nul ne sait ce que c’est. C’est la raison pour laquelle la communauté scientifique le baptisa « matière noire » (ou parfois matière sombre chez les anglo-saxons).

      Les années passant et les calculs s’affinant avec l’augmentation des performances des outils d’étude, on arriva à la conclusion que tout l’univers visible, depuis la plus gigantesque des galaxies au plus petit nuage de gaz et de matière, ne représente que 4,9 % de l’ensemble de la matière existante… Tout le reste relève de la matière noire (26,8 %) et de son corollaire, l’énergie sombre (68,3 %).

         Deux types de particules ont très vite été présentés comme des candidats possibles :

• Les neutrinos : il s’agit de particules émises lors d’une désintégration bêta et qui ont la particularité de très peu interagir avec les autres particules. Jusqu’à la fin du siècle dernier, on pensait que le neutrino n’avait pas de masse avant d’envisager finalement qu’il en possède une mais très faible. Toutefois les neutrinos sont les particules les plus abondantes de l’univers après les photons. Malheureusement, après calculs approfondis, la masse totale de ces neutrinos reste encore trop peu importante : ils pourraient au mieux représenter 18 % de la masse totale de l’univers.

• Et les WIMPS (Weakly interactive massive particles), des particules lourdes interagissant faiblement avec la matière dont le représentant le plus célèbre est le neutralino, particule totalement hypothétique et faisant l’objet de nombreux efforts de recherche pour l’heure toujours infructueux.

          Du coup, on se trouve face à un problème quasi-insoluble tant que l’on n’aura pas isolé la particule dite « exotique » responsable de la présence de cette partie cachée de l’univers. À moins que…

D’autres explications sont-elles possibles ?

       À moins que d’autres explications puissent être avancées, oui, mais lesquelles ? Les scientifiques, échaudés par l’absence de résultats quant à l’identification d’une particule encore inconnue, étaient prêts à accepter une autre explication et c’est précisément ce que leur proposa l’Israélien Mordehai Milgrom en 1983.

La théorie MOND

          Afin de résoudre le problème de cette matière noire que personne n’arrive à identifier, Milgrom propose de prendre le problème par un autre bout : il s’agit ni plus ni moins que d’apporter une petite modification à la théorie de Newton. Évidemment, cette approche chagrine les tenants d’une physique établie depuis des siècles et dont on a depuis longtemps admis le caractère universel…

          Milgron a baptisé sa théorie MOND pour « MOdified Newton Dynamics », en français « dynamique de Newton modifiée ». Cette théorie répond facilement à l’absence de découverte de la matière noire puisqu’elle suppose que celle-ci n’existe pas… En fait, selon Milgron, l’hypothèse de l’existence de cette matière noire si insaisissable est due à une erreur d’interprétation (mineure) des lois de la gravitation universelle. L’essentiel de la théorie repose en effet sur le fait que la deuxième loi de Newton sur la gravitation n’a été vérifiée que pour des accélérations élevées, vérification partielle donc.

            Rappelons que la deuxième loi de Newton s’énonce initialement ainsi : « Les changements qui arrivent dans le mouvement sont proportionnels à la force motrice et se font dans la ligne droite dans laquelle cette force a été imprimée. » On peut la formuler autrement en expliquant que la force d’attraction entre deux corps décroit comme le carré de la distance qui les sépare. Milgron propose une petite modification à cette loi en expliquant que, au delà d’une certaine limite, cette force d’attraction ne décroit plus QUE comme l’inverse de leur distance… et cela change bien des choses, notamment l’existence de la matière noire. En effet, la modification de la deuxième loi newtonienne explique alors parfaitement les vitesses plus élevées qu’attendues des étoiles situées en périphérie galactique et donc à des distances très importantes par rapport au bulbe central : à ces si grandes distances l’attraction gravitationnelle est infime… Or, si la loi de Newton s’est toujours trouvée parfaitement validée par les expériences classiques de physique, elle n’a jamais été expérimentée – et pour cause – dans des situations où l’accélération est presque nulle comme celle retrouvée aux distances immenses évoquées.

          Comment choisir entre la possible existence d’une particule que l’on n’a jamais pu mettre en évidence en dépit de son extrême abondance (supposée) et une théorie qui, pour expliquer les chiffres observés, modifie tout simplement les lois de la physique ?

la théorie MOND est-elle réellement valide ?

          Certains scientifiques crurent prouver la non-validité de MOND en se fondant sur l’observation de la collision d’amas galactiques. Voici comment.

•             Si la matière noire n’existe pas, la matière dominante d’un amas galactique est du gaz. En effet, un amas est composé, bien sûr, de galaxies c’est-à-dire de milliers de milliards d’étoiles mais surtout de beaucoup, beaucoup de gaz remplissant l’espace intergalactique et s’étendant bien au-delà. Lors d’une collision entre deux de ces amas, les étoiles sont si éloignées les unes des autres qu’à de rarissimes exceptions près, elles n’interagissent pas au contraire des deux nuages de gaz. De ce fait, l’essentiel de la masse se trouvera dans la région centrale puisque la masse du gaz s’interpénétrant (donc freiné) est supérieure à celle des étoiles, non ralenties, qui se retrouvent alors de part et d’autre du centre.

•            Dans le cas d’un choc entre deux amas avec matière noire, celle-ci va se comporter comme les étoiles, c’est-à-dire peu interagir. Au centre, il y aura bien la masse du gaz mais l’essentiel de la masse se retrouvera de part et d’autre (puisque la matière noire est six fois plus massive que la matière ordinaire).

             En résumé, lors du choc de deux amas de galaxies, si la masse résultante est centrale, cela infirmera l’existence de matière noire (seulement du gaz) tandis que si la masse se trouve de part et d’autre du centre de la collision, cela prouvera l’existence d’une masse invisible, donc de la matière noire.

         Cette preuve de l’existence de la matière noire a été établie par l’observation de la collision de l’amas du Boulet (ou amas de la Balle, IE 0657-59), observable en regard de la constellation de la Carène. Il s’agit en fait d’un groupe de deux amas de galaxies entrés en collision il y a 150 millions d’années. Après étude approfondie, les scientifiques sont arrivés à bien localiser où se trouvent les masses les plus importantes : elles sont là où sont les galaxies et non pas où se trouve le gaz. De plus, les deux amas sont à présent séparés par plus de trois années-lumière et la masse totale calculée en fonction de leur vitesse et de leur distance représente beaucoup plus que la masse de la matière visible (galaxies vues en optique et gaz aux rayons X). La présence de matière noire est donc attestée ce qui semble invalider la théorie MOND.

              Cette apparente contradiction a été résolue par les tenants de la théorie MOND lorsqu’ils ont admis qu’il existait bien une petite quantité de matière noire, probablement sous forme de neutrinos…

Une explication qui ne sera peut-être jamais trouvée

             En somme, pour le moment, malgré des efforts considérables (appareils de plus en plus perfectionnés, chercheurs se consacrant uniquement à la recherche de la matière noire, immenses dispositifs de capture de particules « exotiques » parfois profondément implantés sous terre, etc.), aucune capture de la moindre nouvelle particule susceptible d’expliquer la présence dans l’univers de cette masse colossale (plus de 95% !) qui reste parfaitement insaisissable.   Ce qui, indéniablement, fait désordre…

           Mais il n’existe pas non plus d’argument probant – et, bien sûr, encore moins définitif – en faveur de théories alternatives dont la plus célèbre reste MOND.

            Pourtant, cette masse inconnue ne vient pas de nulle part et si elle n’existe pas, c’est que nos moyens de calcul sont quelque part erronés. Comment savoir ? Pour certains scientifiques, la solution est à portée de main et il suffit de persévérer encore un peu. Pour d’autres, c’est l’inverse : ceux-là pensent que la matière existe sous une autre forme et que celle-ci n’interagit jamais avec la matière conventionnelle telle que nous la connaissons ; elle resterait à tout jamais hors de notre portée.

          C’est l’avenir qui permettra probablement de trancher. Du moins rien ne nous interdit de l’espérer.

Sources :

• Wikipédia France
• encyclopaedia britannica
• revue La Recherche
• www.astronoo.com/

Images :

1.  galaxie du sombrero (sources : hdqwalls.com)
2.  Fritz Zwicky (sources : rankred.com)
3.  Vera Rubin (sources : thesestonewalls.com)
4.  répartition de la matière noire (sources : fr.wikipedia.org)
5.  courbes des vitesses de rotation périgalactiques (sources : theconversation.com)
6.  amas du Boulet (sources : passion-radio.forumactif.com)

Mots-clés : Fritz Zwicky - supernovas - amas de Coma - Vera Rubin - matière noire et énergie sombre - neutrinos - wimps - Mordehai Milgrom - amas du Boulet

(les mots en gris renvoient à des sites d'information complémentaires)

Sujets apparentés sur le blog

1. matière noire et énergie sombre

2. L'Univers, passé et avenir

3. les galaxies

4. l’expansion de l’Univers

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mise à jour : 26 mars 2023

Parues sur le fil Facebook du blog, voici quelques "brèves" supplémentaires

L'AMAS GLOBULAIRE OMÉGA DU CENTAURE

     Un amas globulaire est un conglomérat d'étoiles toutes liées ensemble par les forces de la gravité. Ils sont contemporains de la naissance de notre galaxie il y a environ 13 milliards d'années (et ont donc à peu près trois fois l'âge du Soleil qui est de 4,57 milliards d'années).

     Certains amas finissent par se rapprocher trop près de la Voie lactée et, progressivement dilacérés, ils sont absorbés par elle. De nos jours, il reste 200 amas globulaires indépendants et le plus grand d'entre eux est Oméga du Centaure.

     Oméga du Centaure, uniquement visible de l'hémisphère sud, est situé à 18 000 années-lumière de nous et, présentant un diamètre de 150 années-lumière, il renferme à peu près 10 millions d'étoiles ce qui en fait le plus grand des amas globulaires gravitant autour de notre galaxie.

     Normalement, un amas globulaire, loin des phénomènes actifs galactiques, est composé d'étoiles plutôt vieilles et de quelque "traînards bleus" qui sont des étoiles jeunes créées à partir de plus vieilles en raison des forces de liaison considérables qu'exerce notre galaxie (voir le sujet dédié dans le blog).

     Oméga du Centaure est un cas différent : lui, il contient des étoiles de toutes sortes, en âge et en variété, ce qui fait dire aux scientifiques que, depuis sa création il y 12 milliards d'années environ, il a vécu une histoire très compliquée...

Sur le blog, pour en savoir plus : amas globulaires et traînards bleus
https://cepheides.fr/article-16855581.html

Photo : l'amas globulaire Oméga du Centaure NGC 5139
(Image Crédit & Copyright: Roberto Colombari )

ÊTA CARINAE, LA BOMBE À RETARDEMENT

     Située à environ 8000 années-lumière de nous, dans le ciel austral, Êta Carinae (constellation de la Carène) est une étoile supergéante - et même hypergéante - puisqu'elle est 5 millions de fois plus lumineuse que le Soleil tandis qu'elle possède 150 fois sa masse. Hypergéante ? Qu'on en juge : son diamètre est 1000 plus grand que celui du Soleil ce qui veut dire que, situé à la place de notre étoile, elle s'étendrait bien plus loin que Jupiter !

     Êta Carinae est instable et on peut voir sa luminosité varier au cours du temps : en 1843, elle est même devenue quelque temps l'étoile la plus brillante du ciel alors que, aujourd'hui, elle est quasi-invisible... En réalité, il s'agit d'un système binaire, c'est à dire un couple d'étoiles dont l'une (Êta Car A) est une hypergéante variable bleue, une des étoiles les plus volumineuses de notre galaxie (il y en a peut-être une dizaine aussi grosse qu'elle dans toute la Voie lactée, à rapporter aux 150 milliards d'étoiles que contient notre galaxie). Il s'agit bien sûr d'une étoile à la vie brève (tout est relatif !).

     Les scientifiques savent donc qu'elle va exploser bientôt puisqu'elle consomme actuellement les dernières couches superficielles de son hydrogène avant de terminer sa vie en hypernova. Oui mais quand, cette fin cataclysmique ? Très bientôt, nous dit-on, sauf que la longueur de la vie d'une étoile n'est pas comparable à celle des hommes. Demain ? Dans 10 ans ? Dans 1000 ans ? Peut-être même que, à l'heure où l'on en parle, elle a déjà explosé puisque sa lumière met 8 000 ans à nous parvenir...

     Voir l'explosion d'une telle étoile (la phase initiale ne durant en fait que quelques minutes) puis son expansion en nova est un rêve d'astronome... peut-être sur le point de se réaliser puisqu'on construit actuellement au Chili un télescope, le LSST (Large Synoptic Survey Telescope) doté d'un miroir exceptionnel de 8,4 m et d'une caméra de 3 milliards de pixels. Il sera capable de scanner le ciel entier du Chili et on sait que plus il y a d'étoiles observées, plus on a de chances de tomber sur un phénomène astronomique... comme pourrait être celui de l'explosion d'Êta Carinae qu'il surveillera tout particulièrement.

Pour en savoir plus : https://cepheides.fr/article-de-l-astronomie-novas-et-supern…

LA NÉBULEUSE DE L'ŒIL DU CHAT

     Répertoriée sous le code NGC 6543, la nébuleuse de l'œil du chat est une des plus célèbres nébuleuses planétaires de l'astronomie. Nébuleuse planétaire ? Elles n'ont en réalité rien à voir avec les planètes : l'appellation date du temps où, les instruments d'observation étant moins performants, les scientifiques pensaient qu'il s'agissait de planètes. Comme souvent, l'appellation impropre est restée.

     Une nébuleuse planétaire est la résultante de la fin de vie d'étoiles comme notre Soleil. Lorsque l'étoile a fini de consommer son hydrogène, les forces de gravitation l'emportent alors et l'hélium initialement produit devient de l'oxygène, du carbone, etc. Bilan : l'étoile gonfle pour devenir une géante rouge alors que son cœur se transforme en naine blanche. C'est cette expansion de matière dans l'espace qui donne naissance aux nébuleuses planétaires, une enveloppe qui finira par se dissoudre dans le vide en quelques dizaines de milliers d'années...

     La nébuleuse de l'œil du chat est situé à environ 3300 années-lumière, du côté de la constellation du Dragon et elle est âgée d'environ 1000 ans. Elle correspond à la fin de vie d'une étoile de taille solaire (appartenant probablement à un système binaire) et est composée de plusieurs enveloppes de matière se rapportant à des événements antérieurs de l'étoile estimés par les spécialistes à plusieurs dizaines de milliers d'années.

     Notre Soleil finira ainsi par une nébuleuse planétaire lors de sa transformation finale en géante rouge tandis que son cœur sera transformé en naine blanche, un corps brûlant hyperdense qui mettra des milliards d'années à s'éteindre pour ne plus devenir qu'une boule de cendres, une naine noire. Cette fin est inéluctable mais qu'on se rassure : elle ne devrait pas survenir avant environ cinq milliards d'années... (voir l'article qui suit)

Images : la nébuleuse de l'œil du chat
Crédits photo : cidehom.com)

LA MORT DU SYSTÈME SOLAIRE

     Notre étoile étant à la moitié de sa vie, elle brillera encore durant 4,5 milliards d’années environ jusqu’à avoir épuisé tout son carburant d’hydrogène, un temps où les Hommes auront depuis longtemps disparu. Le Soleil se transformera alors en géante rouge qui enverra son enveloppe externe dans l’espace sous la forme d’une nébuleuse planétaire tandis que son cœur devenu hyperdense évoluera en naine blanche.

     Cette naine blanche anéantira les quelques planètes ayant échappé à la phase «

géante rouge » et on ne sait pas vraiment si la Terre, de toute façon carbonisée, existera encore pour être détruite par elle. Ces événements sont du domaine d’un lointain avenir mais la NASA a pu récemment observer une situation identique grâce à son télescope spatial Kepler.

     L’observation a concerné la naine blanche WD 1145_1017 située à 570 années-lumière de la Terre, dans la constellation de la Vierge. Kepler a mis en évidence une fluctuation régulière de luminosité autour de la naine ce qui traduit la présence d’un corps céleste tournant autour d’elle, à savoir une planète. Plus encore, cette planète laisse derrière elle une trainée de matière qui signe sa destruction progressive. Peu à peu, la naine blanche « arrache » la matière de sa planète avant de la désintégrer dans son cœur.

     Devenue solitaire, la naine blanche se refroidira et baissera d’intensité lumineuse durant des centaines de millions d’années avant de terminer son existence en naine noire et rejoindre l’anonymat du grand cimetière stellaire.

Pour en savoir plus : sur le blog de céphéides : mort du système solaire (https://cepheides.fr/article-16939405.html)

Image : vue d’artiste de la naine blanche WD 1145_1017 et de sa planète

(sources : www.ca-se-passe-la-haut.fr)

LES CÉPHÉIDES, DES PHARES DANS L'ESPACE

     Une céphéide (la première à être repérée le fut dans la constellation de Céphée, d'où le nom) est une étoile très spéciale car sa luminosité varie de façon cyclique : elle pulse. Du coup, en calculant le temps que mettent les ondes lumineuses à la parcourir, on peut calculer sa luminosité réelle et la comparer avec la luminosité apparente de l'étoile vue de la Terre : on peut alors connaître la distance à laquelle la céphéide se situe...

     Cela n'a l'air de rien mais c'est grâce à ces étoiles qu'on a compris la taille immense de l'Univers et l'existence de galaxies en dehors de notre Voie lactée. Sans elles, l'Univers serait probablement resté longtemps incompréhensible !

     Cette découverte capitale - une des plus importantes du vingtième siècle - on la doit à une astronome américaine du nom de Henrietta Leavitt qui comprit l'intérêt de ces étoiles dans les années 1920 et émit une loi les régissant. Vous ne connaissez pas son nom ? Normal, elle ne fut jamais récompensée : en ces années plutôt masculines, ce sont ses "directeurs d'étude" qui en eurent tout le crédit. Et pourtant, c'est grâce à elle que, quelques années plus tard, Hubble put mettre en évidence l'expansion de l'Univers et formuler sa célèbre loi.

     Conscients de l'injustice, le comité du prix Nobel se mit enfin en quête de l'astronome américaine mais, les années ayant passé, elle était décédée et on sait qu'un Prix Nobel ne peut être remis à un lauréat que de son vivant...

     En astronomie, on parle de la "loi de Hubble", du "diagramme de Hertzprung-Russel", de la "masse de Chandrasekhar" mais seulement de la loi "période-luminosité" pour les céphéides. Comment faire pour que cette loi devienne la loi de Leavitt ? Ce ne serait pourtant que justice que d'associer le nom de ce merveilleux esprit à sa découverte, une des plus importantes de l'astronomie moderne...

Pour en savoir plus, cliquer ici : http://cepheides.fr/article-16821635.html

Photo : Henrietta Swan Leavitt (1868-1921)
Crédits : womanastronomer.com

POUPONNIÈRE D'ÉTOILES ET VENT STELLAIRE

     La pouponnière stellaire d'Orion, située à environ 1500 années-lumière de nous, renferme un bon millier de jeunes étoiles illuminées par un groupe voisin d'étoiles massives et flamboyantes appelé le Trapèze.

     Une de ces étoiles est la jeune LL Orionis, une étoile variable en pleine formation qui engendre un vent stellaire très puissant (bien plus puissant que celui du Soleil, étoile arrivée depuis longtemps à maturité).

     La pouponnière d'Orion est une nébuleuse, c'est à dire un conglomérat de gaz divers dont l'échauffement par les forces de gravitation provoque justement des flambées de nouvelles étoiles. Ces gaz se déplacent lentement contrairement au vent provoqué par LL Orionis : c'est la raison pour laquelle un front se crée lorsque ce dernier heurte de plein fouet les gaz nébulaires. Sur la photo ci-dessus prise par le télescope spatial Hubble en 1995, on distingue une sorte de boule entourant LL Orionis tandis que sur la droite on peut apercevoir les gaz provenant du groupe de Trapèze (en dehors de la photo) : on pourrait croire l'étrave d'un bateau avançant dans l'eau... sur une demi-année-lumière.

     De tels phénomènes sont fréquents dans cet endroit et se répètent à chaque fois qu'une nouvelle étoile se heurte aux gaz nébulaires, comme on peut le voir également en haut et à droite de la photo.

Pour en savoir plus sur le blog : la voie lactée (http://cepheides.fr/…/02/de-l-astronomie-la-voie-lactee.html)

Image : Hubble Heritage Team (AURA / STScI), C. R. O'Dell(Vanderbilt U.), NASA

LES PILIERS DE LA CRÉATION

     Parmi les nébuleuses, une des plus célèbres est un fragment de la nébuleuse de l’Aigle, appelé « les piliers de la Création » : on peut en voir l’image ci-dessus telle que prise par le télescope spatial Hubble en 1995.

     Situé à environ 7000 années-lumière de nous, il s’agit d’un assemblage très dense de poussières et d’hydrogène moléculaire. Si dense, même, qu’on y devine l’apparition d’une probable nouvelle étoile par contraction gravitationnelle des masses de gaz dans le piler central. Les « piliers » sont immenses puisque le plus important d’entre eux mesure environ quatre années-lumière, soit 6400 fois la distance qui sépare le Soleil de Pluton (ou la distance entre le Soleil et sa plus proche voisine, Proxima du Centaure), tandis que leur masse totale est estimée à 200 fois celle de notre étoile.

     Les scientifiques estiment qu’il faudra environ trois millions d’années pour que toute cette matière se disperse après avoir donné naissance à de nombreuses étoiles. Trois millions d’années, c’est un battement de cil à l’échelle de l’Univers mais une durée immense pour les humains que nous sommes (il y a 3 millions d’années, Homo sapiens était loin d’exister dans un monde livré aux seul hominidés préhumains). Sauf que…

     ...Sauf que, suite à une observation dans le domaine infrarouge, en 2007, par le télescope spatial Spitzer, certains scientifiques se demandent si les piliers n’ont pas été détruits par l’onde de choc d’une supernova ayant explosé il y a 6000 ans ! Malheureusement, la nébuleuse étant située à 7000 années-lumière, il faudra encore attendre 1000 ans avant d’avoir la réponse…

Pour en savoir plus, sur le blog : distances et durées des âges géologiques (http://cepheides.fr/article-32963219.html)

Image : les piliers de la Création
Sources : www.esa.int

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mise à jour : 22 mars 2023

     De tout temps l’Homme s’est demandé s’il pouvait exister des formes de vie autres que celles se trouvant sur Terre. Les exoplanètes découvertes à ce jour par milliers étant encore impossibles à étudier, les regards se tournent forcément vers  les planètes de notre propre système solaire. Un système qu’on commence à mieux comprendre grâce aux sondes et autres engins d’exploration à présent nombreux à avoir été lancés. Concernant la possibilité d’abriter une certaine forme de vie, si l’on excepte la planète Mars qui fait l’objet d’études approfondies depuis plusieurs années par des rovers spécialisés qui l’explorent patiemment, deux planètes semblent émerger du lot, chacune pour des raisons bien différentes. Ces deux astres sont des satellites de nos géantes gazeuses : Europe qui tourne autour de Jupiter et Titan qui gravite du côté des anneaux de Saturne. Des sondes sont allées il y a quelques temps à la rencontre de ces deux terres lointaines. Aujourd’hui, il est possible de dresser un premier bilan des données récoltées.

Europe et son énigme de glace

     Par la taille Europe est la quatrième lune de Jupiter et la sixième du système solaire. Satellite de Jupiter ? Cela veut dire qu’elle est loin du Soleil et par voie de conséquence froide, très froide. Sa température de surface est estimée à moins 150°C. Elle se trouve en dehors de la zone dite « habitable » du système solaire (voir le sujet « vie extraterrestre). En effet, les scientifiques estiment que pour qu’une vie puisse se développer, un élément totalement indispensable est la présence d’eau à l’état liquide. Alors, pourquoi Europe, cet enfer gelé ?

     Ce sont tout d’abord les sondes Voyager 1 et 2 (1979) et surtout la sonde Galileo (1995-2003) qui nous ont donné un certain nombre d’informations sur ce monde éloigné. Europe est une sphère presque parfaite de 3121 km de diamètre

intégralement recouverte de glace. Seuls quelques zones fracturées peu profondes et quelques blocs gelés viennent déranger un relief particulièrement plat. Remarque importante : les cratères d’impact y sont rares ce qui traduit le fait que la surface de la planète est jeune et géologiquement active. Alors ? Eh bien ce qui intéresse les scientifiques se situe sous cette banquise : la présence quasi-certaine d’un très profond océan. La variabilité du champ magnétique et un certain découplage de la surface de la glace par rapport au reste de la petite planète sont en effet évocateur d’une grande étendue d’eau salée sur une épaisseur d’environ 100 km, une quantité d’eau plus de deux fois supérieure au volume qui recouvre la Terre entière. Compte-tenu de la présence proche de la géante Jupiter et de ses lunes Ganymède et Callisto, les marées gravitationnelles générées semblent suffisantes pour liquéfier cette eau sauf en surface, bien sûr où la température est vraiment trop basse.

     De l’eau, donc, susceptible d’abriter des formes de vies complètement inimaginables. Si loin du Soleil et en profondeur ? Dans l’obscurité totale ? Il y a encore quelques années, cette idée aurait paru saugrenue mais la découverte des « fumeurs noirs » et de leur petit univers vivant dans les abysses des océans terrestres a apporté la preuve que la Vie pouvait parfaitement se développer en dehors de tout apport de lumière.

      Si les sondes et engins automatisés envoyés sur Europe arrivaient à découvrir en surface quelques traces évocatrices de vie, il resterait un fantastique défi : percer la banquise dont l’épaisseur est estimée entre 30 et 50 km pour atteindre l’eau liquide. Ce n’est pas une mince affaire : pour le moment, le record de forage sur Terre appartient toujours aux soviétiques qui, dans les années 70, atteignirent 12 km de profondeur dans la péninsule de Kola, au nord de la Russie occidentale. Un forage effectué avec une débauche d’installations diverses dirigées par une foule d’ingénieurs et de techniciens : ce forage dura des années avant d’obtenir un résultat… Alors, à 500 millions de km de la Terre, avec un matériel forcément réduit et monitoré par des robots, on peut, compte-tenu de nos moyens actuels, se poser la question de la faisabilité. Il n’empêche : ces projets qui paraissent un peu fous sont dans les cartons de bien des agences spatiales, à commencer par la NASA.

     Des engins sont actuellement en développement, comme le Valkyrie testé avec succès en Alaska et qui liquéfie la glace au fur et à mesure de sa progression grâce à un puissant laser. Une fois, le forage terminé ce qui, selon les spécialistes, pourrait prendre entre deux à trois ans, ce sera au tour de petits sous-marins d’aller explorer l’inconnu, ces outils venant se recharger directement sur la tête du robot de forage. Les spécialistes parient sur des opérations de ce genre dans, peut-être, un quart de siècle…

Titan, une Terre de méthane

     Titan gravite autour de Saturne et est sa plus grande lune. C’est une planète conséquente puisqu’elle est plus grosse que Mercure : 5151 km de diamètre à comparer à Mercure donc (4878 km), à la Lune (3474 km) ou à la Terre (12742 km).  Plus éloignée du Soleil, Titan est encore plus froide que Europe avec une température moyenne de moins 180° mais ce qui en fait un objet digne d’intérêt, c’est que la planète possède une authentique atmosphère, aussi épaisse (et même plus) que la Terre : c’est même le seul satellite connu à posséder une vraie atmosphère dense.

     Longtemps, Titan a été inabordable à une observation véritable car cette épaisse atmosphère empêchait de voir sa surface. Jusqu’à il y a une quinzaine d’années où commença le remarquable travail de l’expédition Cassini-Huygens associant une sonde mise en orbite autour de Saturne en 2004 (Cassini) et un atterrisseur sur Titan (Huygens). Pour la première fois, on a pu observer ce qui était dissimulé sous l’épaisse couche de nuages. Qu’a-t-on observé ?

    D’abord – première et importante révélation – l’atmosphère est ici plus importante et plus complexe que celle de la Terre et elle est composée essentiellement de diazote (98,4%), le reste se répartissant entre différents

hydrocarbures : méthane, éthane, etc. Dans le système solaire, seule la Terre a également une atmosphère dense riche en azote (78%). Tout comme sur Terre (le flux zonal), la circulation atmosphérique tourne d’ouest en est, suivant en cela la rotation de Titan.

      La surface de la planète est variée, alternant zones lisses et irrégulières dont certaines semblent être d’origine volcanique. On y trouve des collines et des crevasses voire des gouffres. Certains rochers montrent des signes d’érosion ce qui fait dire aux scientifiques que Titan et la Terre sont les seules planètes du système solaire à posséder en surface des étendues liquides. Toutefois, il existe une différence fondamentale entre les deux : sur Titan, les liquides sont des hydrocarbures essentiellement du méthane.

     La surface de ce satellite de Saturne est par ailleurs jeune puisqu’on y observe peu de cratères d’impact. Entre les montagnes des dunes sont orientées d’ouest en est ; elles sont formées par les vent, des vents probablement sous la dépendance des forces de marée de Saturne qui, ici, sont 400 fois plus intenses que celles provoquées par la Lune sur Terre.

     La question se pose donc : pourquoi les scientifiques pensent-ils que cette planète en apparence plutôt inhospitalière pourrait abriter une quelconque forme de vie ? Eh bien parce que ces conditions très spéciales rappellent fortement celles qui prévalurent sur Terre lors de son enfance, le froid intense en plus. On peut même dire que Titan ressemble à une Terre primitive, avant que les premiers êtres vivants ne commencent à y libérer de l’oxygène : on y trouve des vents, des nuages, des mers, des pluies (certes de méthane) et même des saisons…

      La mission Cassini, riche d’informations, a pris fin en 2017 lorsque les scientifiques utilisèrent les derniers grammes de carburant de la sonde pour la faire s’écraser sur Saturne de peur que, en se désagrégeant sur Titan, elle ne finisse par polluer son sol avec d’éventuelles bactéries terriennes.

     La NASA et l’ESA (l’agence européenne) s’intéressent beaucoup à cette planète si particulière. En premier lieu, il semble tout à fait intéressant d’étudier les océans de méthane de Titan afin d’y déceler d’éventuels éléments de chimie prébiotique. Évidemment, il nous est difficile de concevoir une forme de vie se développant dans le méthane mais, outre le fait que cela n’est pas complètement impossible, il existe aussi un autre intérêt : on soupçonne que, comme pour Europe, soient présents des océans d’eau liquide salée à 50 ou 100 km de profondeur (plusieurs mesures indirectes vont dans ce sens). Si cela était confirmé, on comprend l’enthousiasme de certains qui voient Titan comme un des meilleurs candidats à la fabrication de « briques du vivant » de tout le système solaire. Surtout si des volcans froids rejetant l’eau des profondeurs permettent à cette dernière de se mélanger au méthane, une possibilité évoquée par la mission Cassini… Les agences spatiales planchent actuellement, non seulement sur un projet d’orbiteur et d’atterrisseur mais également sur celui d’une Montgolfière susceptible de nous en apprendre plus sur l’écologie en surface de la planète et même sur un sous-marin destiné à explorer les océans de méthane (la NASA a déjà conçu un sous-marin spatial dans cette optique). Des projets dignes d’un roman de science-fiction ? Plus tout à fait a-t-on envie de dire.

D’autres candidats ?

     Parmi les planètes principales, seules Mars et Vénus auraient pu présenter certaines conditions à l’apparition d’une forme de vie. Pour Vénus, cependant, une fois mises en orbite quelques sondes d’observation, il fallut se rendre à l’évidence : la planète est particulièrement hostile. Qu’on en juge : une épaisse atmosphère l’entoure, composée principalement de CO² parcourue de longs nuages de soufre et d’acide sulfurique et cette atmosphère épaisse joue un rôle d’effet de serre au point que la température en surface voisine les 450° C. De plus la pression atmosphérique y est infernale : environ 95 fois la pression atmosphérique terrestre ou, dit autrement, la pression que subirait un plongeur à près de 1000 m de profondeur océanique… On a peine à imaginer l’apparition d’une quelconque forme de vie dans cet enfer.

     Mars est différente. On verrait plutôt cette planète comme une Terre vieillie à outrance. En effet, si Mars a bien possédé une atmosphère par le passé, il y a quelques milliards d’années, sa faible pesanteur n’a pas pu la retenir, de même que

l’eau des océans de cette époque lointaine. Les robots explorateurs et les orbiteurs ont bien relevé la trace d’anciennes érosions très vraisemblablement marines ou fluviales mais c’était il y a très très longtemps de sorte que les scientifiques ont bien plus le souci de rechercher des traces d’une vie ancienne (si elle a eu le temps d’apparaître) que d’authentiques habitants actuels, fussent-ils des sortes de bactéries ultra-résistantes.

     Restent donc les satellites naturels des planètes géantes gazeuses. Nous avons évoqué Titan et Europe. Existerait-il d’autres candidats à la naissance de la Vie ?

     On peut raisonnablement éliminer les satellites de Neptune et d’Uranus, trop loin du Soleil. Concernant les trois autres « grands » satellites joviens en sus d’Europe (Io, Ganymède et Callisto) tous présentent d’épaisses couches de glace et des océans d’eau liquide en profondeur (Callisto possédant en sus une petite atmosphère d’azote) mais aucun ne semble aussi porteur d’espoir que Europe.

     Restent les satellites de Saturne : nous avons déjà évoqué Titan. Parmi les autres, l’un d’entre eux mérite une attention particulière : Encelade. Il s’agit d’un très petit satellite : 500 km de diamètre mais qui possède plusieurs

caractéristiques intéressantes. Certes, la température y est particulièrement basse, environ moins 200° C mais sa surface présente peu de cratères d’impact, révélant donc une activité géologique récente. La sonde Cassini a visualisé des sortes de geysers soupçonnés d’être un mélange de gaz et d’eau et donc la présence, là-aussi, d’un océan sous la surface. Cassini a également mis en évidence la présence d’une épaisse couche de neige d’environ 100 mètres d’épaisseur ce qui sous-entendrait des chutes de neige s’étendant sur des dizaines de millions d’années. De ce fait, les geysers et la chaleur interne qui les produit existerait depuis longtemps… De plus, récemment, la NASA a expliqué avoir découvert sur le petit satellite des molécules d’hydrogène dans des échantillons de vapeur : eau liquide, chaleur, potentielles molécules organiques, voilà un tiercé qui laisse rêveur !

     L’espèce humaine aura l’occasion dans les années à venir – très certainement avant la fin de ce siècle - d’arpenter ces contrées lointaines que sont les satellites joviens ou saturniens. Avant, toutefois, grâce à la mise en service des super-télescopes actuellement en construction, nous en saurons bien plus sur un grand nombre d’exoplanètes et peut-être même y découvrirons-nous des traces de vie. Répétons-le une fois de plus : le nombre de planètes existant dans l’univers est si important que notre raison ne peut le concevoir : 150 milliards d’étoiles rien que pour la Voie lactée (et bien plus de planètes encore) et des milliards de galaxies comme la nôtre. Il est statistiquement impossible que la Vie – sous une forme ou sous une autre  - ne soit pas apparue ailleurs, même si elle devait rester en définitive rare. Impossible ! Le problème n’est finalement pas de la reconnaître mais d’échanger avec elle lorsqu’on sait les incommensurables distances qui nous séparent de la plus proche voisine du Soleil, une naine rouge par ailleurs peu propice à une vie telle que nous l’imaginons.

     Si au contraire la Vie n’est pas si rare, si elle s’édifie à partir de schémas simples et de constituants relativement faciles à fabriquer, alors nous avons une chance de la trouver, plus ou moins rudimentaire, dans notre système solaire, à portée de main, oserai-je dire. Dans ce cas de figure, les distances restent « humaines ». C’est tout l’intérêt des projets d’exploration par les agences spatiales des planètes spéciales que nous venons d’évoquer.

Sources

* Science & Vie (https://www.science-et-vie.com/)

* Cosmovisions (http://www.cosmovisions.com/index.html)

* Wikipédia France / USA/GB

* Planète Astronomie (https://www.planete-astronomie.eu/fr)

* encyclopaedia Britannica

Images

1. Europe (crédits :  universetoday.com)

2. Europe et sa surface gelée (crédits : NASA)

3. Titan (crédits : india.com)

4.  sonde Cassini (crédits :  sudouest.fr )

5. coucher de soleil sur Mars (crédits : NASA)

6. geysers sur Encelade : (crédits : NASA)

Mots-clés : exoplanètes - Jupiter - sonde Galileo - fumeurs noirs - Saturne - expédition Cassini-Huyghens

(les mots en gris renvoient à des sites d'information complémentaires)

Sujets apparentés sur le blog

1. planètes extrasolaires

2. vie extraterrestre (1)

3. vie extraterrestre (2)

4. SETI, une quête des extraterrestres

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Mise à jour : 22 mars 2023

Parues sur le fil Facebook du blog, voici quelques "brèves" supplémentaires

LE QUINTETTE DE STEPHAN (HCG 92)

   C'est l'astronome canadien Paul Hickson qui s'est tout spécialement intéressé aux groupes de galaxies dits "compacts", c'est à dire des galaxies suffisamment proches les unes des autres pour que les forces gravitationnelles bousculent chacune d'entre elles. Il en a décrit une centaine, regroupées sous l'acronyme HCG (Hickson Compact Group).

   Ces groupes offrent la particularité de montrer des galaxies bien particulières : véritables pépinières d'étoiles disposant d'énormes quantités de gaz diffus et possédant en leurs centres des noyaux actifs (trous noirs géants "avalant" la matière dans une débauche d'énergie et de lumière); on y trouve également une grande quantité de matière noire.

   Le plus célèbre de ces groupes est le HCG 92 surnommé le quintette de Stephan (en hommage à l'astronome français Édouard Stephan qui le découvrit en 1878). Dans le quintette, les forces de marée gravitationnelles bouleversent les structures originelles des galaxies en projetant d'immenses trainées et filaments d'étoiles sur des dizaines de milliers d'années-lumière alors qu'ailleurs on peut observer de gigantesques nuages de gaz et des tourbillons de matière. Les galaxies sont déformées, dilacérées et chaque "contact" provoque la création de millions d'étoiles nouvelles.

   À terme, il ne restera plus qu'une seule et unique galaxie.

pour en savoir plus : galaxies cannibales https://cepheides.fr/article-de-l-astronomie-galaxies-cannib…

Image : le quintette de Stephan (HCG 92)
Sources : science-et-vie.com

GALAXIE ÉTRANGE

   Il existe différentes sortes de galaxies (spirales, lenticulaires, elliptiques, etc.) mais la galaxie du Condor (NGC 6872), visible dans la photo ci-après, est bien particulière en ce sens qu’elle s’allonge sur près de 530 000 années-lumière (la Voie lactée n’en fait que 100 000) et c’est d’ailleurs la raison pour laquelle elle fut dénommée selon le rapace des Andes à l’envergure si spectaculaire. Quelle peut donc être la raison de cette anomalie ?

   Située à 212 millions d’années-lumière du système solaire, dans la constellation du Paon (hémisphère austral), la galaxie du Condor est une spirale barrée, donc de structure plutôt classique. Sa forme est en réalité due au conflit qui l’oppose à la petite galaxie IC 4970 (qu’on peut voir juste au dessus d’elle et qui est 12 fois moins grosse) : les deux galaxies sont entrées en collision et ce sont les « effets de marée » provoqués par les forces de gravitation qui expliquent les images.

   Si on observe attentivement la photo, on s’aperçoit que le bras spiral de NGC 6872, (en haut, à gauche), est à dominante bleue ce qui veut dire qu’il est le siège de la naissance d’une foule immense de nouvelles étoiles, donc bleues, qui contrastent avec les étoiles bien plus anciennes, à dominante rouge, qui peuplent son centre galactique. Par rapport à ce noyau central, la formation de nouvelles étoiles est cinq fois plus élevée dans ce bras spiral nord-est (gauche de la photo).

   Bien entendu, les images que nous avons de cette galaxie datent de plus de deux cents millions d’années, un temps où sur Terre régnaient les grands sauriens. On peut parier que, depuis cette ancienne époque, bien d’autres étoiles se sont créées dans ces lieux troublés.

Pour en savoir plus, sur le blog : sujet «les galaxies» :
https://cepheides.fr/article-17726881.html

Image : la galaxie du Condor et sa petite compagne IC 4970
(sources : FORS Team, 8.2-meter VLT Antu, ESO)

LA GALAXIE DANS ERIDAN ET SA SUPERNOVA

   La galaxie de la photo ci-dessus est une magnifique spirale située en bordure de la constellation d’Eridan. Les scientifiques l’ont baptisée NGC 1309 et elle est connue depuis longtemps puisqu’elle a été découverte par l’astronome William Herschel en 1786. Située à 100 millions d’années-lumière de la Terre, elle s’étend sur 30 000 années-lumière, c’est-à-dire un peu moins de la moitié de la Voie lactée.

   Les bras spiraux de NGC 1309 sont à dominante bleutée alternant bandes de poussière et amas bleuâtres ce qui traduit évidemment la présence d’un nombre important d’étoiles nouvellement formées. A contrario, le centre de la galaxie est jaunâtre en raison de la présence de nombreuses étoiles âgées.

   NGC 1309 intéresse les scientifiques, non seulement en raison de la présence en son sein de plusieurs céphéides dont on sait que celles-ci servent à estimer les distances intersidérales mais également parce qu’elle renferme une supernova. Cette supernova (SN 2012Z) a été cataloguée comme appartenant à un type rare de supernova dit thermonucléaire. Le télescope spatial Hubble avait pris une photo en 2006 puis en 2013 et surprise…

   … sur la photo de 2013 se trouve une étoile à l’emplacement exact de la supernova ce qui est théoriquement impossible parce que la mort de ce type d’étoiles détruit intégralement la naine blanche à l’origine du phénomène. N’ayant pas d’explication véritable à avancer, les astronomes ont appelé l’étoile résiduelle une « étoile zombie ». En attendant la suite, on peut toujours admirer les autres galaxies en arrière-plan.

Pour en savoir plus sur les supernovas : novas et supernovas
 

Image : la galaxie près d'Eridan
sources : Hubble Legacy Archive, ESA, NASA

ENCORE PLUS DE GALAXIES !

   On a souvent dit qu’il y a plus d’étoiles dans le ciel que de grains de sable à la surface de la Terre (une métaphore validée par les calculs récents d’une revue scientifique). Dans cet exemple, notre galaxie, la Voie lactée, n’est qu’un petit bout de plage et l’un des grains de sable le Soleil…

   Jusqu’à présent, les scientifiques avaient avancé que l’univers était peuplé de 100 à 200 milliards de galaxies, chacune d’entre elles pouvant renfermer entre 100 et 200 milliards d’étoiles en moyenne (et probablement encore plus de planètes) : un nombre incompréhensible pour le cerveau humain !

   L’équipe du Pr Conselice (université de Nottingham, Grande Bretagne) nous apprend que les galaxies sont en réalité bien plus nombreuses : plus de dix fois les chiffres que nous venons d’évoquer, soit près de 2000 milliards !

   Le travail de ces scientifiques a consisté à colliger les données du télescope spatial Hubble, de construire ensuite des cartes 3D et, à partir de ces éléments qui ne concernent qu’environ 10% des Galaxies (les autres sont au-delà de la portée de nos télescopes), ils ont pu bâtir un modèle statistique qui a rendu ce résultat : les galaxies sont 10 fois plus nombreuses que ce que l’on pensait et, à part celles de notre groupe local, elles s’éloignent toutes de nous, dans toutes les directions et d’autant plus vite qu’elles sont déjà très lointaines.

   Dans cinq à dix ans, les télescopes géants actuellement en construction nous permettront de voir plus loin et, qui sait ?, de nous réserver d’autres surprises…

Pour en savoir plus : les galaxies (https://cepheides.fr/article-17726881.html)

Image : des galaxies partout, dans toutes les directions… 

Sources : astrosurf.com

UNE GALAXIE BIEN ÉTRANGE

   En braquant son optique à plus de 20 millions d'années-lumière dans la direction de la constellation des Poissons, le télescope Gemini nord (situé sur un volcan endormi de Hawaï, à plus de 4200 m d'altitude) a repéré cette galaxie (baptisée NGC 660) avec son look bizarre.

   On appelle ce type de galaxie (en réalité, très rare), une "galaxie à anneau polaire" parce que, comme on peut le voir sur l'image ci-après, une grande partie des étoiles et de la poussière de cette galaxie forme un anneau perpendiculaire au plan galactique principal. Quelle peut bien en être la raison de cette configuration plutôt curieuse ?

   Eh bien ,l'hypothèse la plus vraisemblable est qu'il s'agit de la capture d'une autre galaxie par la principale : après démembrement de la plus petite galaxie par les "forces de marée" gravitationnelles générées par la plus grosse des deux galaxies, les débris ainsi formés (des milliards d'étoiles comme le Soleil) se sont mis à graviter en anneau autour de l'axe de la galaxie principale.

   On sait que, selon la théorie actuellement en vigueur, chaque galaxie est probablement entourée par un halo de matière noire (matière à la composition totalement inconnue dont on ne fait que soupçonner indirectement la présence) ; du coup, cette configuration galactique exceptionnelle va peut-être permettre d'étudier l'action de la matière noire sur l'anneau polaire et peut-être pourrons-nous en savoir plus sur cet élément mystérieux…

   Précisons enfin que l'anneau polaire de NGC 660 s'étend quand même sur plus de 50 000 années-lumière puisqu'il est plus grand que le disque galactique lui-même : à titre de comparaison, le disque de notre propre galaxie, la Voie lactée, mesure environ 70 000 années-lumière dans sa plus grande longueur.

Pour en savoir plus sur notre propre galaxie, cliquer ici : https://cepheides.fr/…/02/de-l-astronomie-la-voie-lactee.html

Image : Gemini Observatory, AURA, Travis Rector (Univ. Alaska Anchorage) ; ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

CENTAURUS A, GALAXIE À NOYAU ACTIF

    La galaxie à noyau actif la plus proche de nous est Centaurus A, située à 13,7 millions d'années-lumière. Mais ce type de galaxies, c'est quoi en réalité ? Eh bien, des galaxies dont les noyaux centraux sont particulièrement lumineux et, par voie de conséquence, le siège d'activités énergétiques intenses. Historiquement, on a classé ces galaxies spéciales en trois catégories : les radiogalaxies, les galaxies de Seyfert et les quasars. En réalité, on est à présent à peu près certain qu'il s'agit du même type d'objets vus sous des angles et à des stades différents... Elles représentent à peu près 5% de l’ensemble des galaxies.

   Mais revenons à Centaurus A. Également connue sous le nom de NGC 5128, elle a été découverte en 1847 par l'astronome anglais John Herschel (qui découvrit des milliers d'objets astronomiques). On pense qu'elle est le résultat de la fusion de deux galaxies plus petites d'où le salmigondis d'étoiles et de poussière qui la caractérise. On peut cependant distinguer son bulbe central riche en vieilles étoiles rouges tandis que le disque qui l'entoure est le siège de la formation de nombreuses nouvelles étoiles bleues éparpillées au fil des volutes de poussière sombre (plus de cent pouponnières d'étoiles ont été identifiées).

  Toutefois, au centre, des débris cosmiques divers sont engloutis par un gigantesque trou noir central d'un poids estimé à 1 milliard de fois celui du Soleil... expliquant le "noyau actif" de la galaxie… et les fantastiques émissions de rayons X, radio et gamma, tous phénomènes faisant partie des événements parmi les plus violents de l'Univers, comme le prouvent les jets de gaz qui vont bien au delà du disque galactique de Centaurus A.

Sur le blog, pour en savoir plus : les trous noirs (https://cepheides.fr/article-20474036.html)

Image Crédit & Copyright: Fabian Neyer (ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.)

GALAXIES RELIÉES

   Plus on regarde loin dans l'univers, plus on aperçoit de galaxies (photo ci-dessus de l'univers lointain par le télescope spatial Hubble). Il y en ainsi des milliards, chacune d'entre elles renfermant des centaines de milliards d'étoiles comme notre Soleil.

   Hubble a ici focalisé son attention sur un groupe galactique lointain, baptisé SDSS J1531 3414, dans la direction de la constellation de la Couronne boréale mais évidemment bien plus éloigné que les étoiles qui composent cette constellation et qui appartiennent, elles, à notre propre galaxie. En observant attentivement l'image, on voit deux points centraux qui sont deux galaxies elliptiques lointaines. Elles sont entourées de minces filaments bleutés qui sont en réalité les images de galaxies encore plus lointaines déformées par l'effet de loupe gravitationnelle dû à la courbure de l'espace.

   En revanche, le mince tortillon bleu qui les relie est un pont gravitationnel : leur attraction réciproque explique cet "effet de marée" et, de ce fait, cette puissante force de gravitation engendre la création intergalactique de millions de nouvelles étoiles expliquant l'aspect bleuté du filament. Ce pont, long d'environ 100 000 années-lumière, est composé d'amas d'étoiles distants chacun d'environ 3 000 années-lumière donnant l'impression d'un "chapelet de perles" tordu en "tire-bouchon" par les vents gravitationnels : les deux galaxies commencent en fait à échanger de la matière…

   Les astronomes s'intéressent tout particulièrement à ce type d'images, espérant avancer dans la compréhension de la formation des étoiles.

Sur le blog, pour en savoir plus : « galaxies cannibales » (https://cepheides.fr/article-de-l-astronomie-galaxies-cannib…)

Image Crédit : NASA, ESA, G. Tremblay (ESO) et al.;
 

LA PLUS LOINTAINE DU GROUPE LOCAL

   Les milliards de galaxies qui peuplent l'Univers s'éloignent de nous. Toutes ? Pas tout à fait : une cinquantaine d'entre elles (dont la galaxie d'Andromède) sont liées à notre Voie lactée par les forces gravitationnelles (ce qui est impossible pour les autres qui sont trop éloignées). Ce groupe d'environ cinquante galaxies dont la nôtre est appelé le groupe local.

   À environ 3 millions d'années-lumière de nous, en regard de la constellation de la Baleine, on peut apercevoir une galaxie naine solitaire baptisée WLM, du nom des trois astronomes, Wolf, Lundmark et Melotte, qui l'ont découverte. Elle est si éloignée que, pour certains scientifiques, elle n'a peut-être jamais interagi avec les autres galaxies du groupe. Pour d'autres (les plus nombreux), elle fait bien partie de notre groupe tant les distances avec les autres galaxies de l'Univers sont encore plus gigantesques et du fait qu'elle ne s'éloigne pas de nous.

   Quoi qu'il en soit, elle possède bien des lieux de formation d'étoiles trahis par leur teinte rosée tandis qu'on trouve à proximité des flopées d'étoiles jeunes et bleues. En revanche, le halo central (d'environ 8000 années-lumière) est, comme cela est prévisible, composé d'étoiles plus anciennes dont la coloration globale tend vers le rouge.

   À terme, WLM rejoindra l'énorme galaxie qui sera formée par la jonction des galaxies du groupe local mais dans bien longtemps puisque la fusion de la Voie lactée et d'Andromède n'est pas prévue avant 3 à 4 milliards d'années : la supergalaxie résultante (déjà baptisée Milkdromeda - en français, Milkomède) pourra alors "attirer" WLM pour l'inclure dans sa population centrale de milliers de milliards d'étoiles...

Image : la galaxie WLM photographiée par l'OmegaCam de l'Observatoire européen austral du Paranal
Crédits : ESO, VST/Omegacam Local Group Survey

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mise à jour : 22 mars 2023

Parues sur le fil Facebook du blog, voici quelques "brèves" supplémentaires

BÉTELGEUSE VUE DE PRÈS

   Les premiers astronomes instrumentalistes faisaient la différence entre planètes et étoiles parce que ces dernières, quel que soit l’outil utilisé, restaient toujours des point lumineux invariables (tandis que les planètes affichaient leurs formes et particularités).

   Cette vérité est aujourd’hui battue en brèche pour la première fois dans l’histoire de l’Humanité : en effet, le grand télescope VLT (diamètre de 8 m) situé au Chili a pu visualiser la surface d’une étoile, en l’occurrence Bételgeuse.

   Cette supergéante rouge en fin de vie est 15 fois plus massive, mille fois plus grande, 100 000 fois plus lumineuse que le Soleil dont elle consomme, à la fin de son existence, l’équivalent de la masse en seulement 10 000 ans ! Appartenant à la constellation d’Orion, elle est située à 430 années-lumière de la Terre et est la neuvième étoile du ciel par son éclat. Jusqu’à présent, pourtant, impossible d’en savoir beaucoup plus…

   Toutefois les progrès de l’astronomie instrumentale sont constants : bien sûr, distinguer le globe stellaire de Bételgeuse n’est pas facile puisque cela correspond à visualiser la surface d’une pièce de 1 euro située à 100 km ! Mais, grâce à une nouvelle génération d’optique adaptative permettant de corriger en temps réel les perturbations de l’atmosphère terrestre, eh bien, on a pu voir Bételgeuse de plus près : une tâche orangée, irrégulière, dotée d’une immense bulle qui bouillonne à sa surface et entourée de panaches de gaz aussi grands que le système solaire. Première surface stellaire autre que le Soleil jamais distinguée par les yeux de l’Homme…

   Cette avancée technologique va permettre aux scientifiques d’observer directement ces étoiles en fin de vie et de mieux comprendre comment, en explosant, elles fertilisent le milieu interstellaire.

Image : phoenixsic.wordpress.com

LA QUÊTE DES TROUS NOIRS SE PRÉCISE

   Depuis qu'ils ont été décrits, on n'a jamais (et pour cause) pu voir un trou noir puisque, par définition, il "avale" tout ce qui l'entoure... jusqu'à la lumière qui ne peut plus en ressortir. Il faut donc se contenter de signes indirects et, chaque fois qu'on en trouve, on avance un peu plus dans la connaissance de ce phénomène, décrit, rappelons-le, par Einstein dans sa théorie de la Relativité générale (phénomène dont on a longtemps douté).

   Pas très loin d'ici (8000 années-lumière quand même), dans une zone très riche en étoiles , du côté de la constellation du Cygne, il existe un système binaire (c’est-à-dire deux étoiles tournant autour l'une de l'autre) nommé V404 Cygni. Or ce système est très intéressant car on y soupçonne depuis longtemps l'existence d'un trou noir dit "stellaire" (de la taille d'une étoile, par opposition aux trous noirs géants centraux des galaxies).

   Ce n'est pas la première fois que ce système binaire fait parler de lui puisqu'on retrouve ses "coups d'éclat" en 1938, 1956 et 1989. C'est d'ailleurs à cette dernière date qu'on comprend que le plus petit des deux astres est deux fois moins massif que notre Soleil tandis que son compagnon invisible est 12 fois plus massif ce qui permet d'être certain qu’il ne s'agit ni d'une étoile à neutrons, ni d'une naine blanche...

   Il y a quelques mois, en juin 2015, V404 Cygni a refait parler de lui et cette fois, on est sûr : il s'agit bien d'un trou noir qui engloutit par à-coups la matière de sa compagne, matière arrachée à elle et accumulée autour de lui durant les années précédentes. Bien entendu, compte tenu de la distance, les événements qu'on voit aujourd'hui se sont déroulés il y a 8000 ans, le temps que la lumière de ce lointain (au plan stellaire) et pourtant proche (au plan galactique) objet double nous parvienne.

   V404 Cygni est actuellement le lieu de « turbulences» si intenses que, selon des scientifiques japonais, les signes indirects de l'existence de son trou noir pourraient être bientôt observables… par un simple télescope d’amateur… Et ça, ce serait vraiment une première !

   Pour en savoir plus, se reporter au sujet « trous noirs » ici : https://cepheides.fr/article-20474036.html

   Image : dessin d'artiste de V404 Cygni (sources : eurekalert.org )

LA PLUS BRILLANTE DES SUPERNOVAS

   Chaque deux ou trois jours, un système de télescopes basé au Chili scrute le ciel, notamment à la recherche de phénomènes extrêmes. C'est en juin dernier que ces télescopes ont repéré une supernova d'une puissance extraordinaire, certainement la plus lumineuse jamais observée...

   Située à 3,8 milliards d'années-lumière, la supernova baptisée ASAS-SN-15lh, lors de son point culminant, brillait vingt fois plus que l'ensemble des 200 milliards d'étoiles composant notre Voie lactée. Du jamais vu !

   Les astronomes évoquent alors ce qu'ils appellent une "hypernova" qui est le stade ultime de la mort d'une étoile géante (plus de 40 fois la taille du Soleil) et qui fait se transformer un tel monstre cosmique directement en trou noir.

   L'observation, néanmoins, ne colle pas tout à fait avec le modèle (théorique) d'une hypernova. En effet, ces dernières s'observent en principe dans des galaxies naines lointaines (donc très anciennes) où se forment des myriades de nouvelles étoiles. Ici, rien de tel puisque ce cataclysme cosmique s'est déroulé dans une galaxie géante où les nouvelles étoiles sont relativement rares. Comment expliquer alors un tel phénomène ? Certains scientifiques évoquent le cas d'une étoile mourante qui, une fois consommé ses ressources thermonucléaires, se serait transformée en magnétar, c'est à dire une étoile à neutrons dont le champ magnétique est extrême, expliquant donc cette extraordinaire brillance.

   En fait, les scientifiques sont perplexes et s'interrogent volontiers sur cette étrange supernova. On attend à présent les observations du télescope spatial Hubble qui, peut-être, nous en apprendra plus. Une chose en tout cas est sûre : une telle puissance est certainement capable de détruire toute trace de vie organique sur des milliers d'années-lumière à la ronde. On est certainement heureux qu'un tel monstre n'ait pas fini sa vie dans notre propre galaxie...

Pour en savoir plus : novas et supernovas ici : nova supernova - Le blog de cepheides

Image : dessin d'artiste d'une hypernova (sources : telegraph.co.uk)

PLANÈTE LOINTAINE

   2MASS J2126 est le nom d'une planète errante. En effet, depuis sa découverte, les scientifiques la considéraient comme une planète "flottante", c'est à dire orpheline et solitaire car n'appartenant à aucun système stellaire. Mais à force d'observer cette planète géante qui fait approximativement 15 fois la masse de Jupiter, la plus grande planète de notre système solaire, eh bien, les scientifiques ont fini par la rattacher à une étoile...

   2MASS J2126 fait donc bien partie d'un système stellaire sauf qu'il s'agit du plus large jamais découvert : la planète se trouve en effet à... un million de millions de kilomètres de son étoile, soit environ 7000 fois la distance qui sépare la Terre du Soleil ! On peut dire ça autrement : la distance gigantesque qui sépare les deux objets fait que, sur la planète lointaine, l'année dure environ 900 000 ans, le temps pour la planète de boucler un tour complet autour de son étoile...

   Si une forme de vie existait sur 2MASS J2126 (ce qui est peu probable puisqu'il s'agit d'une géante gazeuse), ses habitants ne pourraient pas savoir quel est leur soleil puisque, leur étoile étant si éloignée, elle se confondrait avec les autres... On se demande vraiment comment un tel système a pu se constituer et, surtout, comment il a pu perdurer...

Image : notre planète géante Jupiter est 15 fois plus petite que 2MASS J2126 (sources : astro-rennes.com)

LA NÉBULEUSE DE LA CARÈNE

   Une nébuleuse est un objet astronomique composé de gaz et de poussière qui peut parfois prendre des aspects étranges. Bien entendu, ces objets sont internes à la Voie lactée. Toutefois, avant que Edwin Hubble ne démontre que notre galaxie était entourée par des milliards d'autres galaxies, on pensait ces dernières intérieures à la Voie lactée et, taches pâles de nature inconnue, on les nommait aussi nébuleuses ("la grande nébuleuse d'Andromède" par exemple). Donc, ne pas confondre...

   La nébuleuse de la Carène est une des plus grandes nébuleuses visibles depuis la Terre mais seulement depuis son hémisphère sud (ce qui explique qu'elle soit moins connue que, par exemple, la nébuleuse d'Orion). Elle est le jeu d'une "lutte" entre poussière et étoiles puisque que c'est à partir de cette poussière que naissent les astres. Du coup, les bébés étoiles provoquent la dispersion des cocons de poussière où ils sont nés. On peut ainsi voir au télescope d'immenses piliers ou pics qui donnent l'impression d'être des roches solides. En réalité, ces constructions sont encore plus légères que l'air que nous respirons et leur densité est infime. Peu à peu, ces océans de poussière et de gaz seront détruits par les nouvelles étoiles qui s'en serviront pour se construire...

   L'image des piliers de la Carène qu'on peut voir ci-après a été prise par le télescope spatial Hubble et elle représente une largeur de trois années-lumière alors que les piliers eux-mêmes sont situés à 7 500 années-lumière du Soleil.

   Image : piliers de poussière dans la nébuleuse de la Carène
   Crédit photo : Hubble Legacy Archive, ESA, NASA

UNE ÉTOILE DESTRUCTRICE

   Encore un exploit du télescope spatial Kepler de la NASA ! Cette fois, son objectif était calé sur une naine blanche, WD 11451017, située à 570 années-lumière de nous, dans la constellation de la Vierge.

   Rappelons qu'une naine blanche est le stade ultime de l'évolution d'une étoile de type solaire quand celle-ci a épuisé tout son combustible, en l’occurrence son hydrogène. Après avoir enflé jusqu'à devenir une géante rouge, l'étoile se rétracte sous la forme minuscule d'une naine blanche (de la taille de la Terre), minuscule mais hyperdense : 2 à 3 grains de poussière de l'étoile pèsent alors plus que toute la tour Eiffel...

   Kepler a donc observé la naine et a mis en évidence qu'un corps céleste tournait autour d'elle puisque sa lumière fixe était éclipsée à intervalles réguliers. Le corps ne pouvait être qu'une planète, probablement géante. Détail curieux, Kepler a montré que la dite planète laissait derrière elle un panache de poussière; l'explication est simple : la planète se désagrège progressivement sous l'effet de la puissance d'attraction de la naine blanche, ses cendres étant aussitôt englouties dans les profondeurs de l'étoile. Une mort en direct, sous les yeux des astronomes !

   Un phénomène d'autant plus intéressant que c'est exactement ce qui se produira pour notre Soleil... dans cinq milliards d'années environ. Une époque où les hommes auront depuis fort longtemps disparu...

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

   Image : vue d'artiste du système stellaire WD 11451017

: actuhightech.com)

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mise à jour : 23032023