Le blog de cepheides

     Après avoir parcouru certaines publications et/ou sites sur Internet et, plus encore, ayant découvert les interventions de quelques uns sur les réseaux sociaux, le moins que je puisse en conclure est que la notion même de ce que représente la sélection naturelle dans le processus général de l’Évolution est plutôt mal connue. Lorsqu’elle n’est pas totalement dénaturée… Il parait donc utile de revenir aujourd’hui (et bien que nous l’ayons déjà longuement évoquée sur ce blog) sur ce qu’est vraiment la sélection naturelle dans la grande machinerie de l’Évolution.

la théorie de l’Évolution est un ensemble de

lois validées par l’expérience

     Précisons tout d’abord que la théorie de l’Évolution est bel et bien comme le dit le dictionnaire une théorie, c’est-à-dire « un ensemble organisé de principes, de règles, de lois scientifiques visant à décrire et à expliquer un ensemble de faits » et non pas comme le souhaiteraient les créationnistes de tous poils une sorte de juxtaposition d’hypothèses plus ou moins justifiées selon la bonne volonté de leurs auteurs. La théorie de l’Évolution revue et corrigée par ses aspects les plus modernes est à ce jour la meilleure explication possible à la manière dont est organisée la vie sur Terre. Comme la théorie de la relativité générale est pour le moment la plus susceptible d’expliquer l’univers qui nous entoure. Ces précisions étant faites, essayons d’aller un peu plus avant.

     Dès la publication de son ouvrage, Charles Darwin (illustration) a bien expliqué que ce qui lui paraissait être le but de l’évolution des espèces était leur maintien le plus longtemps possible dans la sphère du vivant et donc leur adaptation continue au fur et à mesure de la survenue des inévitables changements du milieu au sein duquel elles vivent.

     Il est bon de rappeler que le scientifique anglais fit part de sa découverte à un moment où la science était encore balbutiante dans de nombreux domaines. La génétique, par exemple, était totalement inconnue (ce qui obligea d’ailleurs Darwin à recourir partiellement à une explication par la transmission des caractères acquis !). De même, l’embryologie, la biologie, la génétique des populations, etc. n’existaient pas non plus ou si peu : Charles Darwin n’en eut que plus de mérite à bâtir une théorie que ces disciplines alors ignorées allaient largement valider par la suite.

     Un des mécanismes fondamentaux de l’Évolution des êtres vivants est la sélection naturelle, à savoir la survie du plus apte, de celui qui présente le degré de résistance le plus élevé aux changements de son environnement, celui qui, en somme, possède sur tous les autres un avantage évolutif qui lui permet de survivre là où ses concurrents ne le peuvent pas.

Où agit réellement la sélection naturelle ?

     Son action peut se situer à différents niveaux dont certains, parfois, sont peu intuitifs.

* l’individu : pour Darwin, c’est à travers l’individu que se signale cette faculté supérieure d’adaptation ; pour pouvoir se reproduire, en effet, un sujet doit tout d’abord atteindre l’âge de la maturité afin de rencontrer le ou la partenaire qui lui permettra de se reproduire puis il devra avoir la descendance la plus nombreuse possible, susceptible d’échapper ainsi aux « aléas » de l’existence. S’il est porteur d’un avantage significatif, il ne lui en sera que plus facile de « distancer » les autres. Cette approche de la sélection dite naturelle est longtemps restée ultra-dominante avant que d’autres évolutionnistes ne cherchent à l’étendre à d’autres niveaux.

* le groupe : pour certains évolutionnistes, l’individu, s’il est important, n’est pas seul dans la sélection : il faut également regarder le groupe auquel il appartient. Effectivement, dans certains cas plus nombreux qu’on l’imagine, il existe des sortes de collaborations innées comme nous avons pu le voir dans le sujet qui a été consacré à « l’intelligence animale collective ». En pareil cas, l’association de plusieurs individus leur permet d’être bien plus performants dans leur survie globale que s’ils avaient dû rester autonomes. Un exemple bien connu est celui des fourmis : seul, un individu ne peut rien mais avec l’aide de ses congénères, il appartient alors à une force tout à fait redoutable, susceptible non seulement de s’attaquer à des ennemis en apparence bien plus importants mais également capable d’actions spectaculaires et parfois difficilement imaginables. D’autres insectes sociaux (abeilles, termites, araignées sociales, etc.) décuplent aussi leurs possibilités par des actions de groupe.

. pour en savoir plus, voir le sujet : l’intelligence animale collective

. illustration : termitière "cathédrale" au Mali

* l’espèce : le paléontologue Stephen J. Gould, souvent cité dans ces pages, va même un peu plus loin ; il pense que la sélection naturelle peut concerner des espèces entières, notamment lorsqu’elles occupent des niches écologiques voisines. Il imagine que des changements environnementaux, parfois minimes, peuvent entraîner la fusion de niches écologiques jusque là parfaitement distinctes ; de ce fait ce sont deux espèce différentes qui se disputent un même milieu et cette compétition ne finira que par la disparition de l’une des espèces concernées.

* le gène : Richard Dawkins, dans son livre « le gène égoïste » publié en 1976, prend le contre-pied des approches précédentes en allant vers l’infiniment petit, le gène, composant des chromosomes. Selon son approche, seul le gène a de l’importance et seule sa survie au fil des âges explique la sélection naturelle ; ici, le groupe n’est que le moyen de diffuser et sauvegarder les gènes et, d’ailleurs, l’individu qui les renferme dans son patrimoine génétique n’est qu’une enveloppe, un simple contenant. Bizarre à première vue, l’idée n’est plus si étrange après réflexion.

     Quoi qu’il en soit et quel que soit le support ou l’aspect de l’élément à transmettre, c’est bien la sélection naturelle, indépendamment du niveau de son d’action (on peut imaginer qu’il soit multiple), qui va permettre la transmission de certains caractères aux génération suivantes. Quels en sont les principes ?

Principes de la sélection naturelle

Premier principe : la variation

     Au sein d’une même population, même s’ils gardent un air « général » de parenté, les individus varient de l’un à l’autre en taille, pilosité, couleur, etc.. Sur les chromosomes des différents sujets, la diversité génétique se manifeste à l’échelle de segments d’ADN qui localement varient : mutations, recombinaison génétique (notamment par la reproduction sexuée, nous y reviendrons) voire épigénétique expliquent que les individus d’un même groupe diffèrent les uns des autres.

Deuxième principe : la sélection

     Les différents individus vivent dans un environnement spécifique qui présente la particularité d’être instable et changeant sur le long terme. Parfois ces changements sont si importants (climat, phénomènes naturels, irruption brutale de prédateurs, maladies, etc.) que nombre d’individus ne possèdent pas les moyens de s’adapter. C’est à cette occasion que celui qui sera porteur d’un avantage sélectif (obtenu, par exemple, au moyen d’une mutation jusque là restée latente) prendra le dessus sur ses congénères. La conséquence en sera qu’il aura plus facilement accès à la nourriture (il restera donc en bonne santé) ou à la reproduction et aura normalement plus de descendants ce qui nécessite toutefois qu’il puisse « transmettre son avantage » d’où le troisième principe indispensable à la sélection naturelle…

Troisième principe : l’hérédité

     Nous avons vu que pour qu’une population puisse s’adapter à des changements de milieu, il fallait que les individus qui la composent soient variés et que, parmi eux, les mieux armés soient sélectionnés. Encore faut-il qu’ils puissent transmettre leur héritage à leurs descendants. Si c’est le cas, l’avantage sélectif sera réparti et développé dans l’ensemble du groupe. C’est de cette façon qu’une population finit par s’adapter aux changements de milieu (en précisant toutefois qu’il ne faut pas que ce changement soit trop brutal ou trop rapide).

illustration : chromosomes, une approche génétique que Darwin ne pouvait connaître

De quelle façon s’exprime la sélection naturelle ?

     Dans l’imaginaire du profane, compte-tenu des généralisations approximatives et des contresens parfois volontaires, la scène qui vient presque toujours à l’esprit quand on évoque la sélection naturelle est celle du lion qui course la gazelle : cette dernière sera finalement attrapée et ce d’autant qu’elle est âgée (ou trop jeune) ou malade : on imagine alors que ne subsistent chez les gazelles que les individus les plus robustes, concourant ainsi à l’amélioration de l’adaptation de l’espèce à son milieu. Stricto sensu ce n’est pas faux mais cela reste terriblement réducteur ! En effet, cet aspect « guerrier », agressif et cruel de la Nature n’existe tout simplement pas : les animaux n’ont aucune animosité les uns envers les autres, jamais de haine ou de désir de vengeance et s’ils doivent se combattre c’est parce qu’ils n’ont pas d’autre moyen pour prendre l’ascendant sur cet autre qui est en compétition avec eux. La violence pure et dure reste fréquente mais il existe bien d’autres méthodes pour circonvenir celui dont on est in fine le prédateur. Précisons d’emblée qu’il s’agit là d’agression interspécifique mais que cette compétition existe aussi au sein d’une même espèce comme nous aurons l’occasion de le voir.

* compétition directe

     Il existe donc dans la Nature des couples spécifiques proie-prédateur. Ces « couples » sont effectivement très spécialisés dans la mesure où, pour une niche écologique déterminée (et parfois même une saison précise), une proie n’a que peu de prédateurs, toujours les mêmes et qui dépendent d’elle : que la proie vienne à disparaître et le prédateur sera lui-même en grand danger, incapable le plus souvent de se fixer sur une autre proie équivalente. Prédateurs et proies ont des destins liés et la disparition de l’un peut entraîner un déséquilibre conduisant à des catastrophes écologiques. Dans la Chine de Mao, par exemple, il fut une année décidé de mettre à mort tous les oiseaux qui, semblait-il, ravageaient les vergers et diminuaient ainsi le rendement des récoltes : des dizaines de millions de volatiles furent ainsi exterminés dans l’allégresse générale. Hélas, l’année d’après il n’y eut plus de récolte du tout, les insectes, proies habituelles des prédateurs oiseaux, ayant tout dévoré.

. pour en savoir plus, voir le sujet: l’agression

. illustration : une araignée verte chasseuse d'insectes

* parasitisme

     Il s’agit ici aussi d’une agression puisque la proie devient la victime de son parasite qui va profiter d’elle. Il existe néanmoins une différence capitale avec le cas précédent : autant qu’il le pourra, le parasite cherchera à être le moins agressif possible car, est-il besoin de le rappeler, la mort de la proie serait également une catastrophe pour lui, obligé de chercher à nouveau un hôte susceptible de l’héberger. C’est la raison pour laquelle certains parasites peuvent coexister étonnamment longtemps avec leurs proies, ne la quittant que lorsque celle-ci est victime d’un accident de vie, voire tout simplement de la vieillesse.  Il existe évidemment diverses formes de parasitisme, depuis la guêpe fouisseuse qui pond ses œufs dans le corps d’un cafard prisonnier qui servira de réserve alimentaire pour ses larves, jusqu’à la douve du foie, parasite des ruminants dont l’homme n’est en somme qu’un hôte par défaut et même jusqu'au protozoaire qui pousse les rats au suicide…

. pour en savoir plus, voir le sujet: parasitisme et évolution

* mimétisme et discrétion

     L’art de se cacher, de se fondre dans son environnement est un moyen de résister au sort contraire, un moyen de s’adapter. On cite volontiers le cas de l’ours blanc dont une mutation ancienne a permis à ceux qui en sont porteurs de mieux se fondre dans la banquise et donc d’approcher plus facilement les proies (avantage évolutif). Il existe de nombreuses formes de mimétismes, certains individus copiant à merveille ceux dont ils s’inspirent afin le plus souvent de tromper leurs propres prédateurs : ainsi, des lézards imitent à la perfection le bois de l'arbre sur lequel ils guettent (photo); ailleurs des serpents imitent la robe de plus mortels qu’eux afin de dissuader toute attaque ; ailleurs encore des orchidées imitent la forme et l’odeur de guêpes ou d’abeilles de manière à ce que l’insecte mâle trompé puisse disséminer le pollen récupéré sur son corps lors de la pseudo-copulation. Les mimétismes sont parfois si élaborés qu’on se demande quel phénomène extraordinaire a pu les produire : nul miracle n’est ici en jeu et seule, l’Évolution, par tâtonnements successifs au cours de milliers de siècles, a pu arriver à un tel résultat…

. pour en savoir plus, voir le sujet : le mimétisme, une stratégie d'adaptation

. pour en savoir plus, voir le sujet: comportements animaux et évolution

. illustration : geckos uroplatus, sorte de lézard mimétique

* coévolution

     La coévolution est l’évolution « côte-à-côte » de deux espèces qui, dans certains cas, finissent par devenir dépendantes l’une de l’autre ; en effet, chacune des espèces trouve un bénéfice dans une collaboration qui assure à chacune survie et reproduction. Pour illustrer une coévolution d’espèces, on cite souvent l’association d’un papillon de nuit avec une orchidée de Madagascar. Cette dernière possède une extension de la corolle (pétales) appelée « éperon ». Cet organe contient le nectar mais est d’une longueur assez importante puisqu’il mesure jusqu’à 25 cm : de ce fait, sur l’île de Madagascar, seul le papillon de nuit possède une trompe assez longue pour aller puiser le nectar. Ainsi, la fleur peut se reproduire facilement grâce au papillon qui, en contrepartie, bénéficie d’une nourriture réservée. La solution trouvée ici par l’Évolution est apparemment élégante mais souffre d’un handicap certain : si l’une des deux espèces disparaît, l’autre est automatiquement condamnée.

Cas particulier de la sélection sexuelle

     Cette partie du sujet a fait l’objet d’une publication spécifique (voir « reproduction sexuée et sélection naturelle »), nous n’en évoquerons donc ici que les grandes lignes.

     Très tôt dans l’histoire de la théorie de l’Évolution, il avait été remarqué cette bizarrerie que semble représenter la reproduction sexuée et plus précisément la sélection sexuelle. En effet, afin de « séduire » la femelle, le mâle (c’est exceptionnellement l’inverse) est amené à prendre des risques : il peut se parer de couleurs chatoyantes comme certains poissons ou oiseaux ou bien agrémenter sa parade du déploiement d’organes particulièrement voyants et malcommodes comme la queue du paon faisant la roue ; ailleurs, le mâle se lance dans une parade compliquée, extraordinairement codifiée, et qui demande toute son énergie car s’il manque un geste ou l’effectue improprement, la femelle se détournera de lui, persuadée qu’il ne possède pas les qualités (et les chromosomes) qu’elle recherche (exemples de nombreux oiseaux, notamment aquatiques). Dans tous les cas, le mâle fragilise sa position, soit en attirant l’attention d’un prédateur par sa nouvelle visibilité, soit en se déconcentrant et en baissant sa garde. Il doit donc bien exister un avantage quelque part pour qu'un individu se découvre ainsi puisque, au fil du temps, la sélection naturelle a conservé cette approche…

     Eh bien, le risque d’être victime d’un prédateur existe mais, toutes choses pesées par ailleurs, il semble que, pour l’espèce, il soit inférieur au gain que représente le choix du meilleur mâle par la femelle. Séduire par une parade particulièrement réussie coûte peut-être la vie à quelques uns (au fond, peut-être trop hardis ?) mais permet le choix d’individus performants par rapport à ceux vécus comme plus ternes car moins entreprenants ou courageux,. Ce sont donc les chromosomes du plus vigoureux qui se distribueront plus rapidement et en plus grand nombre dans le groupe…

     Nous venons d’évoquer ce que les spécialistes appellent la sélection intersexuelle, c’est-à-dire mettant en jeu mâles et femelles. Il reste à signaler un autre aspect de cette sélection par le sexe : la sélection intrasexuelle qui oppose les mâles entre eux pour la possession des femelles ; c’est, par exemple, les combats de cerfs se terminant parfois

par la mort d’un combattant (voire des deux lorsque leurs bois sont emmêlés) ou de gorilles lors de la remise en cause de la position dominante du mâle « alpha ». En terme de « rentabilité » évolutive, on peut formuler ici les mêmes remarques que pour la sélection intersexuelle.

La sélection naturelle, un item universel

     La sélection naturelle est un élément majeur de la théorie de l’Évolution qui explique le fondement de l’Évolution elle-même : l’adaptabilité des espèces. Pour qu’une espèce, quelle qu’elle soit, survive au fil des centaines de milliers d’années, il lui faut s’adapter aux changements de son milieu, changements qui inéluctablement surviendront. Même ainsi, certaines transformations de la nature restent trop brutales ou trop rapides et, du coup, de nombreuses espèces disparaissent faute d’avoir pu s’adapter : ce fut le cas au cours des cinq grandes extinctions de masse qui ont peuplé l’histoire de la vie sur Terre (nous vivons d’ailleurs à cause de l’Homme actuellement une sixième extinction tout aussi terrible mais il s’agit là d’un autre sujet).

. pour en savoir plus, voir le sujet: les extinctions de masse

     La vie est une course sans fin vers l’adaptation, vers une mise en conformité naturelle : le milieu change et oblige, sous peine de mort, à la mise à niveau des espèces ; la proie se dote d’une arme défensive nouvelle et oblige son prédateur à « inventer » une parade ; un nouveau prédateur apparaît qui contraint proie et prédateur de l’ancienne dualité à se « reconvertir » rapidement, etc. Il en est ainsi depuis la nuit des temps et, en dehors de toute intervention humaine, il en sera toujours ainsi. Ce paradoxe qui veut que l’on se transforme continuellement pour retrouver un équilibre antérieur se trouve résumé dans ce que l’on appelle « l’hypothèse de la reine rouge ».

     Cette hypothèse de la reine rouge a été formulée par le biologiste américain Leigh Van Valen en 1972. Le biologiste fait allusion à une scène du roman de Lewis Carol, « de l’autre côté du miroir » qui est la seconde partie, moins connue, de « Alice au pays des merveilles ». À cet instant de l’histoire, Alice se trouve sur un échiquier et est entraînée dans une course terrible par la reine rouge du jeu d’échecs ; Alice ne peut s’empêcher de demander : « mais, Reine rouge, c’est étrange, nous courons vite et pourtant le paysage autour de nous ne change pas ? » et la reine de répondre : « Nous courons pour rester à la même place ».

     Cette idée a été également reprise par l’écrivain italien Tomasi di Lampedusa dans son unique livre, « le guépard » où il fait dire à l’un de ses héros, Tancredi : « il faut tout changer pour que tout reste comme avant ! ».

     La Vie est un éternel recommencement et la sélection naturelle y contribue de façon considérable.

Sources :

1. Wikipedia France

2. Science et Vie.com

3. Encyclopaediae Britannica

4. CNRS : sagascience (dossier évolution)

(https://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosevol/decouv/articles/chap7/olivieri.html)

Images :

1. la lionne et le zèbre (sources : ctv.be)

2. Charles Darwin (sources : kpfa.org)

3. termitière (sources : biomimtismesite.wordpress.com)

4. araignée verte chasseuse d'insectes (sources : linternaute.com)

5. geckos mimétique (sources : radiblog.fr)

6. paon faisant la roue (sciencetonnante.wordpress.com)

7. combat de cerfs (sources : youtube.com)

8. Alice au pays des merveilles par Walt Disney (sources : allocine.fr)

Mots-clés : Charles Darwin - adaptation continue - avantage sélectif - diversité génétique - mutation - couple prédateur-proie - parasitisme - camouflage - mimétisme - coévolution - sélection sexuelle - hypothèse de la reine rouge

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

Sujets apparentés sur le blog

1. les mécanismes de l'Évolution

2. reproduction sexuée et sélection naturelle

3. comportements animaux et Évolution

4. le mimétisme, une stratégie d'adaptation

5. parasitisme et Évolution

6. le voyage du Beagle et ses conséquences

7. spéciations et évolution des espèces

8. intelligence animale collective

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mise à jour : 22 mars 2023

                                                                                                         Depuis qu’il existe des hommes et que ceux-ci sont capables de réflexion, ils s’interrogent sur leur place dans l’Univers, sur l’origine du monde dans lequel ils vivent et sur son devenir ultime. Il existe justement une science qui s’est penchée sur ce type de problèmes : la cosmologie. Branche actuelle de l’astrophysique, cette discipline s’est progressivement détachée des aspects purement philosophiques pour devenir une science à part entière c’est-à-dire rationnelle et s’appuyant sur des observations réelles et vérifiables. Grâce à elle, il est aujourd’hui possible d’aborder, sans être dans le domaine de l’imaginaire pur, les différents scénarios possibles d’évolution de cet Univers que nous connaissons encore si mal.

Le début : le Big Bang

     « Au début fut la Lumière » déclarent certains textes anciens. Pas tout à fait, toutefois, si l’on retient le commencement probable de l’Univers avec le scénario du Big bang, actuellement privilégié par la très grande majorité des scientifiques. La lumière, en effet, n’apparut qu’au bout de 380 000 ans et ce n’est qu’à partir de ce moment très ancien que put se constituer l’Univers tel que nous le connaissons. Selon les dernière estimations, il est aujourd’hui âgé de 13,8 milliards d’années ce qui, au demeurant, représente un chiffre assez difficile à concevoir pour l’esprit humain. Nous avons déjà longuement discuté de ce modèle (voir sujet : le Big bang) qui ne fut pas toujours le favori des scientifiques.

     En effet, la théorie du Big bang était jusque dans les années 1950 en concurrence avec une autre approche appelée « création continue » qui expliquait qu’il se créait de façon permanente à peu près autant de nouvelles étoiles qu’il en disparaissait d’anciennes, un univers statique en somme ou plutôt « stationnaire » comme il fut nommé à l’époque. L’expansion de l’Univers mise en évidence dès 1925 par Edwin Hubble (photo) ne permettait pas vraiment de choisir entre ces deux principales théories jusqu’à ce qu’une découverte ne tranche en faveur du Big bang : l’observation du fonds diffus cosmologique, témoin résiduel de cette « explosion » initiale.

     L’Univers s’étend ou, plutôt, se crée au fur et à mesure de son expansion. On part donc d’un point initial très petit, très chaud et, après le Big bang, on assiste à une dilatation considérable de cet univers qui contient toute la matière. Mais jusqu’où ? Comment peut-on envisager la fin de cette expansion et, d’ailleurs, y aura-t-il seulement une fin ? C’est là que la cosmologie nous fournit quelques piste.

Quel type d’univers ?

     Lorsque Einstein rédigea sa théorie de la relativité générale (qui est en fait une théorie de la gravitation), il retint des équations qui correspondent à un univers contenant de la matière. Toutefois, il pensait, pour des raisons probablement philosophiques, que cet univers devait être statique et, pour obtenir ce résultat, il introduisit un terme spécifique appelé « constante cosmologique ». Mais, peu de temps après, face à la mise en évidence par Hubble de l’expansion de l’Univers, il décida de le supprimer.

     Quelques années plus tard, le Hollandais de Sitter, le Russe Friedmann et le belge George Lemaître avancèrent des hypothèses d’univers non statiques pour résoudre les équations de la relativité générale. Ils ne travaillèrent néanmoins pas sur les mêmes scénarios car de Sitter imaginait un univers sans matière tandis que celui de Friedmann reposait au contraire sur la densité de la matière : c’est ce dernier modèle qui est aujourd’hui retenu par la majorité des cosmologistes et sert de support à leurs modélisations.

     Avant d’aller plus avant dans la question de savoir si l’Univers est « ouvert », c’est-à-dire en expansion infinie ou « fermé » et donc susceptible d’arrêter sa dilatation, voire de revenir sur lui-même, il convient d’être en accord sur plusieurs points essentiels qui composent ce que l’on appelle le principe cosmologique et qui sont les suivants :

* il n’y a strictement aucune raison pour que la Terre soit le centre de l’univers (on en a d’ailleurs déjà discuté dans le sujet dédié ICI) ou, dit autrement, qu’elle se situe dans un endroit particulier de ce dernier. Si on veut bien admettre ce principe de base, il faut également accepter que

* l’univers est homogène ce qu’on peut résumer de la façon suivante : à l’échelle cosmologique, c’est-à-dire de l’espace et des galaxies, il présente toujours et partout les mêmes propriétés (ce qui, évidemment, n’est pas forcément le cas à faible échelle où les situations peuvent être différentes : par exemple dans et en dehors d’une galaxie). De plus,

* l’univers est isotrope ce qui veut dire qu’il est toujours identique quelle que soit la direction dans laquelle on l’observe : il n’y a pas de centre ou de « bords » identifiables ou de modification de la courbure de l’espace-temps.

     Il existe enfin une dernière condition pour qu’on puisse engager une réflexion constructive sur le sujet : il est nécessaire que les lois de la physique soient universelles et ce quel que soit l’endroit et le moment.

     Alors ouvert ou fermé ? Cela dépend de la variabilité de plusieurs paramètres. Sans entrer dans le détail des équations (ce que je serais bien incapable de faire), il faut en gros retenir qu’il existe trois intervenants majeurs :

* la constante de Hubble (H) qui représente le taux d’expansion de l’univers

* la densité de l’univers (Ω) et

* une constante dite cosmologique (l) qui représente la force qui s’oppose à la gravitation.  

     Actuellement, l’univers est en expansion ce qui veut dire que la force antigravitationnelle est plus importante que la gravitation ; toutefois, plus la densité de l’univers sera importante et plus ce sera la gravitation qui devrait l’emporter sur l’expansion ce qu’on peut résumer de la façon suivante : expansion > gravitation = univers ouvert et expansion < gravitation = univers fermé. Voyons cela d’un peu plus près.

Les scénarios possibles

     Nous venons de dire que l’univers est en expansion, probablement depuis au moins 6 milliards d’années quoique, semble-t-il à des vitesses parfois différentes. Il y a quelques décennies, les scientifiques pensaient que cette expansion devait forcément se ralentir (ou, en tout cas, se stabiliser) en raison des forces de gravitation qui s’opposent à ce mouvement d’élargissement. Pourtant, contre toute attente, on sait depuis une dizaine d’années que, non seulement il n’y a aucun ralentissement, mais que, au contraire, cette expansion s’accélère. Sans que l’on sache vraiment quelle est la nature de la force qui prend ainsi le dessus sur la gravitation. On soupçonne une matière non visible dite « matière noire » ainsi qu’une énergie dite sombre. Les calculs ont été faits et refaits mais il n’y a aucun doute : notre univers ne renferme que 4 à 5 % de matière visible (c’est-à-dire toutes les étoiles, galaxies, nuages de gaz et de matière, etc.). Le reste, c’est-à-dire 95%, ressort du domaine de ces mystérieuses matière noire et énergie sombre…

     Quoi qu’il en soit l’univers est en expansion, une expansion qui s’accélère. Et si cette expansion ne s’arrêtait jamais ?

l’univers infini ou Big chill

     C’est l’hypothèse la plus en vogue chez les scientifiques depuis la découverte de l’accélération de l’expansion de l’univers. En effet, si l’expansion devait se prolonger ainsi, il ne pourrait y avoir de « retour en arrière » et, comme l’univers créé au fur et à mesure, cette expansion serait alors quasi infinie, une notion certes toujours difficile à saisir pour un esprit rationnel. Précisons néanmoins que l’accélération a été calculée à partir de données (constante de Hubble, densité de la matière) basées sur des mesures de distance et que, en astronomie, ce type de mesures reste quand même relativement approximatif.

     Dans ce modèle, l’univers s’élargirait ainsi durant des centaines de milliards d’années, un âge où l’espèce humaine aura disparu depuis si longtemps que plus aucune trace d’elle ne subsistera nulle part. Au préalable, toutes les galaxies des groupes locaux (c’est-à-dire suffisamment proches pour être liées par la gravitation) auront fusionné en créant des gerbes de nouvelles étoiles, comme, par exemple, la Voie lactée et Andromède dans deux à trois milliards d’années. Il n’existera donc plus que des galaxies géantes qui s’éloigneront de plus en plus vite les unes des autres. Viendra d’ailleurs un temps où le seul spectacle à contempler dans le ciel sera celui offert par la galaxie géante locale, toutes les autres ayant disparu du champ visible : un habitant de ce temps-là ne pourra donc pas soupçonner que d’autres mondes existent en dehors de sa propre galaxie…

     Puis, bien plus tard, ce sera le tour d’une époque où tout l’hydrogène de l’univers sera épuisé et où les dernières générations d’étoiles commenceront à s’éteindre. Il ne restera plus que des cadavres d’étoiles qui seront, soit éjectées dans le vide intersidéral pour s’y diluer, soit être aspirées par les grands trous noirs centraux galactiques avec au final, un simple bain glacé de photons résiduels d’où l’appellation de ce modèle, le Big chill (grand Froid) Il est inutile de préciser que ce scénario, s’il arrive à sa fin, mettra des centaines, peut-être même des milliers de milliards d’années à se constituer…

le big crunch

     Le scénario inverse de celui que nous venons d’évoquer est appelé le Big crunch  (crunch en anglais veut dire craquement et ici plus certainement « effondrement »). Dans cette éventualité on imagine que, au bout d’une certaine période d’expansion (que nous sommes en train de vivre), le mouvement s’inversera car la gravitation aura fini par prendre le dessus sur les forces qui s’opposent à elle. De ce fait, toute la matière de l’Univers aura tendance à se condenser dans un univers qui se mettra à rétrécir, à se replier sur lui-même. Toutefois, contrairement à ce qu’on pourrait à première vue penser, il ne s’agira pas d’un retour en arrière vers le Big bang car, si l’univers s’inversera bien, ses composants, notamment les galaxies et ce qu’elles contiennent, continueront à évoluer pour leur propre compte. À terme, cet univers recroquevillé sur lui-même pourrait retrouver la structure qu’il avait au moment du Big bang. Depuis que l’on a démontré avec une quasi-certitude l’accélération de l’expansion universelle, cette hypothèse du Big crunch a moins la cote chez les scientifiques… encore que certains d’entre eux font remarquer que nous ne savons rien de l’énergie sombre responsable de l’expansion actuelle et qu’il est en conséquence difficile de conclure vraiment.

le big bounce

     Imaginons que le scénario précédent, le « big crunch » soit le bon mais à une différence fondamentale près : au moment où tout l’univers va se reconcentrer dans un espace infiniment petit, infiniment chaud et infiniment dense, au tout dernier moment en quelque sorte, une espèce de « sursaut » se fait et un nouveau Big bang apparaît : c’est cela l’hypothèse du Big bounce (ou « grand rebond » en anglais, appellation dont je signale au passage qu’elle est tirée du titre d’un livre du célèbre auteur américain de romans policiers, Elmore Leonard, paru en 1969).

     En effet, pour ne pas violer la deuxième loi de la thermodynamique (qui établit l’irréversibilité des phénomènes physiques, notamment lors des échanges thermiques), il est impératif que l’univers rebondisse avant de devenir une singularité. Du coup, on a affaire à un univers cyclique se reproduisant éternellement et dont on ne sait pas si la séquence actuelle est la première itération ou la centième ou la milliardième… Certains écrits laissent supposer qu’une discipline quantique appelée « gravitation quantique à boucles » aurait permis d’avancer les équations nécessaires à ce modèle. L’avenir nous en dira certainement plus mais si une chose est certaine, c’est que les toutes premières fractions de seconde de l’univers (le « début » du Big bang qu’on appelle singularité) correspondent forcément à une physique qui n’est pas la nôtre et dont nous ne savons rien : dès lors, tout est envisageable.

le big rip

     En 1999, le cosmologiste américain Robert R. Caldwell avança un scénario tout à fait original qu’il baptisa « Big rip » (« grand déchirement »). Dans ce modèle, il introduit une forme d’énergie très spéciale appelée « énergie fantôme » dont la caractéristique principale est de voir sa densité augmenter lors de la poursuite de l’expansion. Et si l’énergie sombre était cette énergie fantôme ? Bien entendu, il s’agit de pure spéculation qui n’a jamais connu le commencement d’une preuve mais le scénario a retenu l’attention de certains scientifiques.

     Que deviendrait l’Univers en pareil cas ? Eh bien, plus le temps s’écoule, plus l’expansion s’accélère et plus l’énergie fantôme augmente sa densité, finissant par dépasser toutes les autres forces de liaison entre les différents éléments contenus dans l’univers. La conséquence en est que l’expansion devient de plus en plus violente et on assiste à la dilacération progressive de tous les objets existants. Il est même possible de calculer le temps que prendront les différentes étapes de la destruction : la disparition des superamas mettra quelques centaines de millions d’années, celle des galaxies quelques dizaines de millions tandis que l’éjection des planètes de leur système stellaire surviendra quelques années avant la fin, etc. La phase terminale sera la dislocation de tous les atomes…

Les univers-gigognes

     On a déjà évoqué les trous noirs dont, tout ce qui est au-delà de leur « horizon » (c’est-à-dire ce qui est au-delà du visible) est du domaine de la spéculation. Pour la majorité des scientifiques, dans le trou noir, la courbure de l’espace-temps et la densité deviennent infinis (c’est ce que tendent à démontrer les équations) et c’est même précisément pourquoi, ici aussi, on nomme l’intérieur du trou noir une singularité. Imaginons toutefois que, au moment où les valeurs deviennent extrêmes, la gravité s’inverse (je rappelle qu’il s’agit en pareil lieu d’une physique que nous ne connaissons pas) : la conséquence pourrait en être un nouveau Big bang mais dirigé cette fois-ci vers « l’autre côté » avec pour conséquence la création d’un autre univers. Et, bien entendu, le nôtre serait né d’un trou noir situé dans un autre univers : on parle alors d’univers parallèles, de multivers ou d’univers-gigognes puisque naissant les uns des autres. Concernant notre propre cas, l’expansion s’ajoutant à l’évaporation des trous noirs finirait par ne laisser de notre univers qu’un rayonnement fossile mais, entretemps, chaque trou noir aura donné naissance à un autre univers…

Nous savons que nous ne savons pas

     Suite à ces quelques réflexions sur la situation de notre univers, il semble évident qu’il est difficile de se faire une idée précise de son avenir à long terme. La raison principale de cette difficulté réside dans le fait que nous ne savons toujours pas de quoi est composé l’univers dans lequel nous vivons : si l’on s’en tient aux équations de la seule théorie actuelle réellement acceptable de la gravitation, la relativité générale, 95% de la matière n’ont pas été identifiés et on est loin de connaître leur nature véritable. Les preuves de l’existence de cette matière inconnue sont indirectes comme, par exemple, l’étude de la vitesse de rotation des galaxies. Mais quelles particules la composent et sous quelle forme agit l’énergie sombre, nul ne peut le dire.

     Certains scientifiques vont jusqu’à remettre en cause les équations de la relativité générale ou, du moins, proposent que la théorie soit sérieusement amendée. En attendant, il parait hasardeux de choisir définitivement le scénario de l’évolution ultime de notre univers mais il est vrai que cet événement surviendra longtemps, longtemps après que le souvenir même des Hommes ait disparu. Il n’empêche, le cerveau humain est ainsi : curieux, il aime s’interroger même si cela ne le concerne pas directement ; les années à venir apporteront sûrement au moins quelques réponses aux questions que la cosmologie lui pose.

Sources :

* Science et Univers, Hors Série n°8

* www.science-et-vie.com/

* www.lacosmo.com/choix.html

* fr.wikipedia.org/wiki/

* www.astronomes.com/

* www.astrosurf.com/luxorion/

* www.hatem.com/

* http://www.gurumed.org/

Images

1. galaxies lointaines / Hubble Deep Field (sources : lefigaro.fr)

2. Edwin Powell Hubble (sources : phys-astro.sonoma.edu)

3. géométrie de l'univers (sources ; slideplayer.fr)

4. univers lointain (sources : lepoint.fr)

5. répartition de la matière dans l'univers (sources : podcastscience.fm)

6. galaxie géante du sombrero (sources : allwallpaper.in)

7. univers : le grand rebond (sources : blogs.futura-sciences.com)

8 multivers (sources : hitek.fr)

Mots-clés : Big Bang - univers stationnaire - univers en expansion - fonds diffus cosmologique - Edwin Hubble - relativité générale - constante cosmologique - constante de Hubble - matière noire / énergie sombre - Big Chill - Big Crunch - Big Bounce - Big Rip

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

Sujets apparentés sur le blog

1. matière noire et énergie sombre

2. avant le Big bang

3. Big bang et origine de l'Univers

4. juste après le Big bang

5. fonds diffus cosmologique

6. expansion de l'univers

7. les étrangetés de l'univers

8. les frontières de l'univers

9. théorie de la relativité générale

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mise à jour : 18 mars 2023

   Être nébuleux, c’est être flou, imprécis et, pour un objet, avoir des contours diffus comme ceux des nuages. De ce fait, jusqu’au siècle dernier, en astronomie, on appelait nébuleuse tout objet mal défini, aux limites peu visibles : des taches de lumière vagues dans le ciel nocturne. Dans les années 1920, grâce à Edwyn Hubble, on se rendit compte que notre galaxie, la Voie lactée, n’était pas tout l’Univers et qu’il existait bien d’autres galaxies en dehors d’elle : celles qui étaient plus ou moins perceptibles à l’observation terrestre faisaient alors partie des « nébuleuses » et, longtemps, on entendit évoquer dans les médias la « grande nébuleuse d’Andromède », de nos jours galaxie pleine et entière…

   Les nébuleuses, aujourd’hui, sont essentiellement des conglomérats de gaz et de matière d’origines diverses : nuages de gaz et matière primordiale, rémanents de supernova, coquilles évanescentes d’étoiles en fin de vie, etc. Ces objets, à présent parfaitement identifiables grâce au télescope spatial Hubble et, sur Terre, aux télescopes géants à optique adaptative (corrigeant en temps réel les turbulences de l’air), sont tous situés dans notre galaxie et les éléments qui les composent facilement différentiables en photographie astronomique. Grâce à des retraitements en « fausses couleurs » permettant l’exploitation des clichés, ils figurent certainement parmi les plus belles images qu’on puisse rencontrer en astronomie. Je vous propose une brève promenade parmi ces superbes et spectaculaires constructions célestes.

les piliers de la création

   Inaugurons notre promenade avec un des objets les plus célèbres : les « piliers de la Création ». Il s’agit d’une des plus fameuses photographies prises par le télescope Hubble le 2 avril 1995. Ces piliers sont une petite partie d’une bien plus grosse nébuleuse dite de l’Aigle, située dans l’amas ouvert M16 (un amas ouvert est un petit groupe de 100 à quelques milliers d’étoiles toutes semblables et liées entre elles par la gravitation : compte tenu de la petite taille d’un tel objet, on n’en trouve - ou plutôt on n’en voit - que dans la Voie lactée et ses galaxies satellites). En fait, partie centrale de la nébuleuse de l’Aigle, les piliers de la création sont une pouponnière d’étoiles bleues (d'où leur nom) qui naissent à partir de leurs longues volutes (trois années-lumière) d’hydrogène ionisé et de matière. La nébuleuse est située à environ 6000 années-lumière de nous.

Nébuleuse de l’œil du chat

   Située à 3600 années-lumière de la Terre, la nébuleuse de l’œil du chat est une nébuleuse dite planétaire mais, en dépit du nom, survivance des temps anciens, cet objet astronomique n’a rien à voir avec une planète. Il s’agit des derniers instants d’une étoile de la taille du Soleil : après s’être dilatée en géante rouge tandis que son cœur se réduisait à une naine blanche, l’étoile n’apparaît plus que sous la forme de coquilles de gaz émises par à-coups. L’importance et la forme des différentes enveloppes de gaz suggèrent ici que l’étoile mourante a probablement un compagnon qui intervient dans le mécanisme général. Sur la photo la nébuleuse de l’œil du chat est âgée d’environ 1000 ans mais son aspect actuel doit être assez différent puisqu’elle est aujourd’hui vieille de près de 5000 ans…

Nébuleuse du Cygne S 106

   Pour observer cette nébuleuse, il faut tourner son objectif dans la direction de la constellation du Cygne. Toutefois, à l’opposé de l’objet précédent, il s’agit ici d’une nébuleuse entourant une étoile en formation, un bébé étoile âgé d’à peine 100 000 ans, appelé IRS 4. Un grand disque de poussière et de gaz entoure la protoétoile et donne à la nébuleuse une forme de papillon (ou de sablier, c’est selon). La poussière à distance d’IRS 4 se comporte comme une nébuleuse par réflexion et renvoie l’image de l’étoile naissante. Curieusement, en observant attentivement cette zone, les scientifiques ont mis en évidence les fantômes de centaines d’étoiles avortées : des naines brunes que leur petite taille a empêché d’enclencher une réaction nucléaire

Nébuleuse d’Orion

   La nébuleuse d’Orion est probablement la nébuleuse la plus célèbre de l’astronomie et également la plus étudiée. En effet, contrairement à, par exemple, la nébuleuse de la Carène que nous avons déjà évoquée mais qui présente l’incontestable désavantage de se trouver dans l’hémisphère sud, Orion a été observée depuis la plus haute antiquité.

   La nébuleuse d’Orion est très facile à observer, même à l’œil nu pour peu que le nuit soit sans pollution lumineuse (elle se trouve un peu en dessous du «  baudrier » de la constellation d’Orion, une construction théorique qui regroupe entre autres les étoiles Bételgeuse et Rigel). Située à 1350 années-lumière de nous, la nébuleuse d’Orion contient un très jeune amas ouvert avec ses bébés étoiles. Elle fait partie d’un gigantesque nuage de gaz et de poussières (nuage d’Orion) mais s’étend elle-même sur une distance de 33 années-lumière (soit quatre fois la pleine lune vue de la Terre).

Nébuleuse de la Rosette

   Ce n’est pas la seule nébuleuse à évoquer l’image d’une fleur mais c’est certainement la plus célèbre. Elle se situe dans la constellation de la Licorne, à plus de 5000 années-lumière de notre système solaire. Elle est immense puisque s’étendant sur 100 années-lumière dont 50 pour son seul centre débordant d’étoiles jeunes : ce sont les vents et les rayonnements provenant de cette région centrale qui dessinent la parfaite symétrie des pétales de la fleur. Et chacun de ces pétales est également une maternité stellaire…

Nébuleuse de la Tarentule

   Il s’agit là de l’endroit de formation d’étoiles le plus violent de tout notre groupe local de galaxies. Cet énorme nuage de gaz (il s’étend sur plus de 1000 années-lumière) appartient en réalité à la galaxie naine satellite de la Voie lactée appelée le Grand Nuage de Magellan. Son centre renferme un groupe extrêmement compact d’étoiles jeunes dont le rayonnement ultraviolet vient ioniser les gaz périphériques et rend ainsi la nébuleuse visible : c’est l’endroit le plus fécond en étoiles nouvelles de tout notre groupe local. Visible à l’œil nu dans de bonnes conditions d’observation, cette arachnide céleste est presque aussi large vue de la Terre que la nébuleuse d’Orion mais, appartenant à une galaxie voisine, elle est forcément immensément plus loin et donc d’une taille titanesque (si elle se trouvait à la place d’Orion, elle couvrirait la moitié du ciel). Lieu de phénomènes extrêmes, c’est ici que l’on trouve le rémanent de la dernière supernova observée durant l’ère moderne..

Nébuleuse du Crabe

   Cet objet est en réalité un rémanent de supernova : l’étoile géante dont l’explosion fut observée par les astronomes chinois de la dynastie Song, de juillet 1054 à avril 1056. Située à environ 6200 années-lumière de la Terre, elle se trouve dans la constellation du Taureau. D’une taille d’environ 10 années-lumière, cette « bulle » correspond aux enveloppes externes de la défunte étoile dont l’expansion est d’à peu près 1500 km/s. Ce fut le premier objet astronomique à avoir été officiellement associé à l’explosion d’une supernova. Au centre de cette bulle tourne sur lui-même (30 t/s) un pulsar dont le rayonnement énergétique est 200 000 fois plus élevé que celui du Soleil et qui, de ce fait, « éclaire » la nébuleuse toute entière. Rappelons que pour les étoiles dont la taille est supérieure à 8 fois la taille du Soleil, la mort en supernova donne lieu à des résidus centraux appelés étoiles à neutrons dont certaines tournent sur elles-mêmes à toute vitesse et rayonnent comme « des phares dans l’espace » : on les appelle alors des pulsars.

Les dentelles du cygne

   Il s’agit d’un autre rémanent de supernova mais à un stade plus avancé que celui de la nébuleuse du Crabe que nous venons de voir car, inéluctablement, comme pour ces Dentelles du Cygne, la nébuleuse du Crabe, elle-aussi, finira par se dissoudre dans les profondeurs glacées de l’espace. La nébuleuse des Dentelles se trouve dans la constellation du Cygne à environ 1500 années-lumière du Soleil et correspond à une étoile géante qui explosa en supernova il y a à peu près 10 000 ans.

Nébuleuse de la tête de sorcière

   Cette nébuleuse est dite par réfraction ce qui veut dire que ce n'est pas elle qui s'éclaire (comme les nébuleuses par émission que nous venons de voir) : c'est

l'étoile Rigel (de la constellation d'Orion) qui illumine sa fine poussière. Ce type de nébuleuse est souvent bleu car le processus est analogue à celui qui fait que la lumière du Soleil rend le ciel bleu (dans ce dernier cas par diffusion grâce aux molécules d'azote et d'oxygène contenues dans l'atmosphère terrestre). La sorcière est située à environ 800 al de nous et elle a les yeux fixés sur Rigel (l'étoile est située hors du champ)

Nébuleuse du voile et triangle de Pickering

   Les filaments épars visibles dans la direction de la constellation du Cygne que l’on peut voir sur la photo ci-contre représentent la partie ouest de la nébuleuse du Voile, nébuleuse qui est tout ce qu’il reste après l’explosion d’une étoile massive il y a 5000 ans. Ces filaments apparaissent un peu comme des vaguelettes à la surface d’un étang après la chute d’un galet : l’onde de choc de l’explosion a en effet ionisé le milieu interstellaire. Cette partie de la nébuleuse du Voile est appelée « triangle de Pickering » en l’honneur - tradition de l’époque - du directeur de l’observatoire de Harvard, Edward Charles Pickering : il s’agit en fait d’une « erreur » fréquente à l’époque car cette découverte (parmi bien d’autres) est à mettre au crédit de sa sœur Williamina Fleming, astronome spécialiste de l’étude des plaques photographiques, qui avait le tort d’être une femme (comme Henrietta Leawit qui travailla avec elle et permit de comprendre l’immensité et l’expansion de l’Univers mais n’en fut jamais créditée avant sa mort).

Nébuleuse de la fourrure du Renard

   Quand on examine attentivement cette nébuleuse qui se situe à 2500 années-lumière de nous dans la constellation de la Licorne, avec un peu d’imagination on peut effectivement reconnaître une peau de renard, la tête tournée vers le haut surplombant des plis cutanés. Les couleurs marron et fauve rosé sont dues à un mélange entre les poussières et la luminosité rouge de l’hydrogène ionisé. Bien entendu, les formes tourmentées de l’ensemble sont dues aux vents provenant de nouvelles étoiles très chaudes. En haut de l’image, une luminosité bleue est caractéristique de la réflexion de la lumière d’une étoile, en l’occurrence la mystérieuse S Monocerotis. Mystérieuse, en effet, car cette étoile variable était considérée comme mourante lorsque, en 2002, on intercepta une soudaine et imprévue augmentation de sa luminosité. Le télescope Hubble s’intéressa au phénomène et mit en évidence une augmentation significative de la taille de l’étoile. Il est possible que l’on ait ici affaire à la présence d'une « variable éruptive », phénomène plutôt rare. Pour le moment, aucune explication définitive : on observe…

Nébuleuse de la Lagune

   Pour apercevoir la nébuleuse de la Lagune, il faut regarder en direction de la constellation du Sagittaire, vers le centre de la Voie lactée. Assez basse sur l’horizon dans nos contrées, la nébuleuse est néanmoins parfaitement visible à l’oeil nu par nuit noire. Elle est située à 5000 années-lumière du Soleil et se compose d’un immense nuage de matière et d’hydrogène au sein duquel se trouve de façon prévisible un amas ouvert de jeunes étoiles âgées d’environ 2 millions d’années. La nébuleuse doit son nom de lagune à la bande de poussière qui s’étend à proximité du centre de l’amas stellaire.

Nébuleuse de la montagne mystique

   Je vous propose de terminer cette courte promenade par une nébuleuse qui est en quelque sorte le pendant des Piliers de la Création du début de l’article et que l’on appelle « la Montagne mystique ». Cette dernière fait partie d’une nébuleuse bien plus grande, dite de la Carène, située à environ 7500 années-lumière de nous. Le pilier de gaz de cette Montagne Mystique mesure à peu près 3 années-lumière et est un grand nuage froid de gaz et de poussières qui, par effondrements et effets de marée gravitationnels, donne naissance à de nombreuses étoiles dont certaines géantes très éruptives. C’est dans la nébuleuse de la Carène que réside une des plus massives et brillantes étoiles de la Voie lactée, Eta Carinae : 150 fois la taille du Soleil et quatre millions de fois plus brillante que lui, on attend sa transformation prochaine en supernova ; elle est toutefois suffisamment loin de la Terre pour ne pas créer trop de dégâts dans notre environnement…

   Bien d’autres nébuleuses sont dignes d’intérêt : citons pêle-mêle les nébuleuses du Cône, de la Flamme, de la Crevette, de la tête de cheval, trifide, du crayon, du lagon, du machin noir, etc.,… Il paraît difficile, sans lasser l’esprit, de les faire toutes figurer dans cette promenade : peut-être une autre fois ? En tout cas, pour les lecteurs qui souhaiteraient contempler de belles images du cosmos, je conseille le site du télescope spatial Hubble (http://hubblesite.org/gallery/) : c’est écrit en anglais mais nul besoin de le comprendre pour admirer ces superbes photos.

Sources :

1. Wikipedia France

2. Science et Vie.com

3. Encyclopaediae Britannica

4. Ciel des hommes (cidehom.com/)

5. www.cosmovision.com

6. site du télescope Hubble (hubblesite.org)

Images :

1. tournesols du Sagittaire (sources : cidehom.com/)

2. Piliers de la Création (sources : youtube.com)

3. Oeil du chat (sources : fr.wikipedia.org)

4. nébuleuse du Cygne S 106 (sources : apod.nasa.gov)

5. nébuleuse d'Orion (sources : cidehom.com/)

6. nébuleuse de la Rosette (sources : astronoo.com)

7. nébuleuse de la tarentule (sources : cidehom.com/)

8. nébuleuse du Crabe (sources : futura-sciences.com)

9. dentelles du Cygne (sources : outters.fr)

10. nébuleuse de la tête de sorcière (sources : astronoo.com)

11.  nébuleuse du voile et triangle de Pickering (sources : cidehom.com/)

12. fourrure du renard (sources : club.doctissimo.fr)

13. nébuleuse de la lagune (sources : cidehom.com/)

14. nébuleuse de la montagne mystique (sources : photo.geo.fr)

Sujets apparentés sur le blog

1. mort d'une étoile

2. novas et supernovas

3. le télescope spatial Hubble

4. la Voie lactée

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mise à jour : 18 mars 2023

   Jean-Jacques Rousseau, le philosophe bien connu, en était certain : après y avoir mûrement réfléchi, il avait conclu à la bonté naturelle de l’Homme, du moins lorsqu’il est isolé ou au sein d’un petit groupe. Ce n’est qu’après qu’une société s’est bâtie que, selon Rousseau, l’Homme devient agressif et méchant ; en somme, c’est sa propre organisation sociale qui fait de lui ce qu’il est : un être attiré tant par la violence physique que par celle des pulsions psychologiques.

   Rousseau, à son époque, ne disposait pas des données actuelles de la science : l’éthologie n’existait même pas et, de toute façon, l’étude du comportement animal ne l’aurait pas intéressé puisque, pour la plupart des esprits de ce temps-là, l’Homme n’était pas un animal mais bien plutôt un être élu destiné à dominer l’univers dans lequel il vit. Il s’agit à l’évidence d’une illusion (qui perdure encore chez certains) sur laquelle il convient de revenir si l’on veut enfin essayer de comprendre le monde du vivant et déterminer s’il existe bien une agressivité naturelle, génétique, native en somme, chez Homo sapiens, une agressivité pouvant parfois conduire à une violence aveugle.

Le mythe du bon sauvage

   Si l’Homme est naturellement bon comme le pense

Rousseau, c’est la société dans laquelle il vit qui le rend violent et qui le pervertit. Quand le philosophe avance que l’Homme est bon de façon naturelle, il veut dire que, à l’état de nature, cet Homme idéal n’a pas beaucoup de désirs : il se contente du peu dont il a besoin sans chercher à augmenter ses richesses propres, son patrimoine. C’est seulement son interaction avec des individus comme lui qui le rend agressif, envieux, jaloux, etc. Pour éviter cela, Rousseau propose l’instauration d’un contrat social : cette partie de sa réflexion ne nous concerne pas ici mais, en revanche, il est intéressant de revenir sur cette notion quelque peu chimérique du « mythe du bon sauvage ».

Le massacre de Nataruk

   Au Kenya, dans une petite plaine jouxtant le lac Turkana, un site renfermant 27 cadavres, tous morts de mort violente, a été mis au jour en 2012. Fait tout à fait remarquable : ce massacre remonte à plus de 10 000 ans, c’est-à-dire avant la sédentarisation d’Homo sapiens, à un moment où, selon Jean-Jacques Rousseau, l’Homme était encore un « bon sauvage ».

    Nataruk, en langage local, veut dire « l’endroit des vautours » et on comprend assez facilement pourquoi. Les

scientifiques se sont beaucoup intéressés à ce charnier naturel, avec ces corps qui n’ont jamais été enterrés mais laissés à l’abandon. La violence de l’affrontement ne fait pas de doute : ici, un homme présente de multiples blessures à la face ; là, un autre a été tué par deux projectiles dont un encore planté dans son crâne. Un peu plus loin, on identifie une jeune femme enceinte et prête à accoucher, ligotée avec les mains entre les jambes. Une autre femme semble avoir eu les deux genoux brisés. Il s’agit bel et bien d’un assassinat collectif.

   Normalement, les corps auraient dû être dévorés par les charognards et les ossements dispersés mais il n’en est rien : à cette époque lointaine, le lieu était une plage marécageuse donnant sur un lagon dont la présence a permis l’enfouissement rapide des corps d’où leur exceptionnelle conservation.

   Quelle est l’origine du conflit chez ces chasseurs-cueilleurs non encore sédentarisés ? On ne le saura probablement jamais mais une étude approfondie des ossements a permis de mettre en évidence dans un des squelettes un fragment d’arme et plus précisément un reste d’obsidienne or cette pierre est inexistante dans cette partie de l’Afrique : il est donc probable que les assaillants n’étaient pas de la région et qu’ils venaient de loin.

   C’est en tout cas la première fois qu’une bataille d’envergure a été mise en évidence chez ce type d’individus : on avait, bien sûr, eu les exemples de quelques crimes isolés concernant au plus deux ou trois individus mais jamais autant. Or, les scientifiques avaient tendance à penser que c’est avec une organisation sociale plus élaborée, génératrice de richesses et donc d’envie ou de jalousie, que les conflits à plus grande échelle ont débuté (une approche finalement très rousseauiste). Raté !

   Quelques précédents ont certes existé. Par exemple, il y a 12 000 ans, sur la rive droite du Nil (Djebel Sahaba), a eu lieu la première grande bataille identifiée (59 squelettes d’hommes, de femmes et d’enfants, certains décapités ou démembrés). Oui mais il s’agissait de populations du paléolithique déjà sédentarisées et on pouvait donc légitimement avancer la notion d’appropriation par la force de terres particulièrement fertiles et, si près du Nil, riches en ressources diverses. Le massacre de Nataruk n’entre pas dans cette ligne de pensée : il esquisse certainement une nouvelle histoire de la violence… Peut-être la violence pour la violence ou, en tout cas, pour un motif qui n’est pas seulement matériel.

La violence, bras armé de l’agression

   Dans la plupart des définitions qu’on en donne, la violence est « l'utilisation intentionnelle de la force physique, de menaces à l’encontre des autres ou de soi-même, contre un groupe ou une communauté, qui entraîne ou risque fortement d'entraîner un traumatisme, des dommages psychologiques, des problèmes de développement ou un décès » (OMS).

   L’agression, quant à elle, désigne plutôt un comportement d’attaque qui s’exprime par la violence et au sein de laquelle

il y a toujours une composante de colère. Dans la littérature, les définitions ne sont pas aussi tranchées et il existe une certaine confusion entre les deux termes. Toutefois, d’un point de vue éthologique, dans la Nature, il existe certainement une différence : lorsqu’un prédateur attaque une proie, il s’agit effectivement d’une attaque avec violence mais qu’on ne doit pas confondre avec une agression au sens qu’on vient de lui donner plus haut car il s’agit ici d’une simple recherche de nourriture effectuée sans colère et, en pareil cas, la chasse est légitime. D’autre part, il est essentiel de se rappeler que cette « agression qui n’en est pas vraiment une » est la base de la Vie sur notre planète et qu’elle est probablement un des piliers de l’Évolution : c’est une part de la sélection naturelle.

L’agression

   Dans le règne animal, l’agression proprement dite est une violence exercée par un sujet sur un autre non pour se nourrir mais pour écarter celui qui semble être un gêneur. On oppose alors deux situations : l’agression entre des sujets d’espèces différentes et l’agression au sein d’une même groupe d’individus.

* l’agression interspécifique : c’est celle qui oppose deux individus appartenant à des espèces différentes. En réalité, elle est plutôt rare pour au moins deux bonnes raisons: d’abord, les animaux vivent dans des niches spécifiques où l’on trouve la proie et son (ou ses) prédateur(s) et si deux individus de rôle identique devaient se rencontrer (deux prédateurs de deux proies différentes par exemple), ce serait plutôt la rançon d’un mauvais hasard. En outre, et c’est la seconde raison, très importante elle aussi, un prédateur est conditionné par l’Évolution pour chasser une proie bien précise dont il connaît les critères d’identification : il est donc peu intéressé par des créatures sortant de son schéma d’agression. La plupart du temps, deux prédateurs « voisins » cherchent réellement à éviter le conflit, parfois au moyen de signes d’intimidation qui sont parfaitement interprétés.

* l’agression intraspécifique : c’est - et de loin - la plus fréquente. Effectivement, la plupart des espèces peuplant notre planète, du moins celles d’une certaine taille, ont adopté une transmission sexuée de leur patrimoine génétique et cela a une importance capitale car, afin d’améliorer sans cesse l’espèce à laquelle elle appartient (et lui permettre une meilleure adaptation aux changements de milieu), une femelle choisira toujours le mâle qui lui paraît porter les meilleurs chromosomes. De ce fait, on comprend facilement qu’il y a compétition entre les différents postulants et donc de nombreux combats qui sont autant d’agressions répétées et destinées à sélectionner celui qui semble le mieux armé dans une niche écologique donnée.

   Ajoutons également que la Nature est économe et qu’elle ne cherche pas à éliminer automatiquement les perdants de ces compétitions à risque. Il existe en effet une ritualisation des comportements qui permet à celui qui est dominé de faire dévier le comportement agressif de son rival (on pense aux combats de chiens où le vainqueur détourne son regard dès que le vaincu lui a présenté sa gorge sans défense en guise de soumission. Celui-là peut dès lors s’enfuir pour tenter sa chance ailleurs). La sélection naturelle ayant permis d’atteindre le but recherché (la transmission des chromosomes « les mieux adaptés ») épargne ainsi un maximum de vies.

   C’est dans le même esprit qu’il faut aborder les rituels de séduction, parfois si étranges et si compliqués pour certaines espèces : il s’agit également d’une compétition entre rivaux pour séduire, sans violence physique excessive la plupart du temps, une partenaire potentielle. C'est une forme d’agression détournée qui contient une part de plus en plus grande de souffrance psychologique au fur et à mesure qu’on s’approche des comportements des grands primates… et donc de l’Homme.

l’Homme est un primate

   L’Homme fait partie d’une variété de grands singes, ceux du genre homo, dont il n’est plus que le dernier représentant puisque son ultime cousin, l’homme de Neandertal, a disparu peu de temps après l’arrivée de ce même Sapiens en Europe, sans que l’on puisse d’ailleurs affirmer avec certitude qu’il existe une relation directe entre ces deux événements.

   Comme nombre de ses prédécesseurs, Sapiens est un animal social, d’instinct plutôt grégaire et c’est d’ailleurs une des raisons de son succès tout au long du paléolithique : l’hypothèse d’un hominidé, Sapiens, dont chaque individu aurait vécu en autarcie avec sa petite famille, est à écarter. Au contraire, les populations de chasseurs-cueilleurs devaient la plupart du temps se composer de petits groupes regroupant quelques dizaines d’individus mettant en commun leurs ressources avec, comme chez d’autres mammifères, un mâle dominant, le chef, imposant une certaine discipline. On s’éloigne toujours un peu plus du « bon sauvage ».

   Avec l’émergence de civilisations de plus en plus techniques, les groupes humains se sont complexifiés : de plus en plus d’individus associés, chacun accomplissant des tâches précises, mais des groupes toujours organisés de manière hiérarchique, les échelons intermédiaires s’étant multipliés entre la « tête pensante » située tout en haut de la pyramide et l’individu de base.

   Les éthologues savent depuis longtemps que les espèces animales prédatrices les plus redoutables (carnivores) sont dotés de mécanismes d’inhibition limitant les violences intraspécifiques ; en effet, si les grands prédateurs qui peuvent tuer d’un coup leur adversaire (lions, loups, etc.,) n’étaient pas dotés de ces mécanismes qui sont autant de « verrous de sécurité », il y a longtemps qu’ils auraient disparu. En revanche, la donne est différente pour les espèces plus faibles : celles-ci (pigeons, lapins, petits singes, etc.) ne peuvent pas tuer leurs congénères en une seule fois ce qui permet à l’autre de s’éloigner plus facilement et ce d’autant qu’il s’agit d’espèces très mobiles puisque habituées à fuir à cause de leur statut de proies potentielles. Puisque, en raison de leurs nuisances intraspécifiques modestes, elles ne semblent pas en avoir besoin, l’Évolution n’a pas retenu (ou peu retenu) chez elles de sélection de mécanismes d’inhibition.

   Il est donc particulièrement intéressant de repenser la position d’Homo sapiens dans ce contexte. L’Homme n’est pas un carnivore mais un omnivore, volontiers charognard à

ses débuts. Il lui est difficile de tuer un autre concurrent humain d’un seul coup de dent : s’il combat (et si l’autre évidemment n’est pas un vieillard ou un malade), il lui faudra une lutte âpre et difficile pour parvenir à ses fins ; comme pour les espèces dites « plus faibles « que nous venons d’évoquer, l’espèce humaine fait partie de celles dont les individus ne possèdent à titre personnel que peu de mécanismes d’inhibition…

La civilisation, une garantie contre la violence ?

   L’Homme, heureusement, s’est organisé en sociétés civilisées depuis que la transmission écrite des connaissances a permis une accélération considérable des avancées techniques. Avancées qui, au demeurant, éloignent encore plus nos organisations modernes des sociétés primitives et, certains le prétendent à force de l’espérer, de la violence qui ne serait plus que le témoin archaïque d’un passé suranné. Mais est-ce vraiment la réalité ? Rien n’est moins sûr.

   Car Sapiens a su développer ses techniques dans toutes les directions : si l’on peut à juste titre s’enorgueillir de réalisations remarquables comme l’informatique ou la chirurgie cardiaque, il faut également admettre que des progrès considérables ont été accomplis dans le domaine de l’armement : des armes de plus en plus précises qui tuent de mieux en mieux et de plus en plus loin. Nous venons d’évoquer les mécanismes d’inhibition relativement modestes de l’Homme : par exemple, à la chasse (qui est parfaitement légitime lorsqu’elle sert à se nourrir mais l’est un peu moins autrement), il est facile de viser un animal et d’appuyer sur une gâchette. Plus facile que de surprendre un lapin et de l’égorger avec ses propres dents : peu d’individus seraient capables d’un tel geste aujourd’hui car ce contact direct, sanglant, est probablement inhibiteur. Mais quel peut-être le mécanisme qui inhiberait le soldat appuyant sur un bouton pour détruire au moyen d’un drone la silhouette qu’il aperçoit sur son écran de contrôle ? Il n’y en a pas. Au plutôt, le seul contrôle provient de la société plus ou moins civilisée dans laquelle il vit : que cette société, pour une raison ou une autre, disparaisse ou semble illégitime et la porte est ouverte à tous les possibilités.

La violence fait partie de la Vie

   La violence est présente chez Sapiens comme, à un degré ou à un autre, chez toutes les espèces vivantes et elle est certainement utile : c’est elle qui permet la sélection naturelle. On peut même avancer que sans violence, et donc sans compétition, la Vie ne pourrait progresser et, du coup, probablement pas se maintenir. On peut le regretter en tant que partisan inconditionnel de la paix universelle mais c’est ainsi…

   Toutefois, parmi toutes les espèces se partageant notre planète, Homo sapiens est certainement bien à part : il possède un cerveau très développé qui lui a permis de faire valoir son ascendant sur une grande partie de son environnement. Néanmoins il y a plus. La violence et l’agressivité qu’il possède en lui, quelque part dans son paléocortex, en font un être vivant probablement plus dangereux que les autres : il est difficile de nier qu’il possède une sérieuse capacité de nuisance, on peut, chaque jour, s’en rendre compte par les médias. Cette violence fait partie de lui depuis la nuit des temps, violence domestique (individuelle et urbaine) et violence extérieure dirigée contre d’autres groupes humains. La coexistence de cette violence avec des capacités de destruction de plus en plus élaborées n’est donc pas sans poser le problème de l'avenir de cette planète.

   La violence existe dans toute société civilisée et seule la qualité des outils de destruction évolue avec le temps. En fait, tout se passe comme si la violence - intérieure et extérieure - des sociétés modernes faisait office de soupape de sécurité nécessaire, indispensable même peut-être, pour éviter de plus grands débordement. Un constat glaçant.

Sources :

* encyclopaedia britannica (www.britannica.com)

* Revue Science et Vie, 1186, juillet 2016 (www.science-et-vie.com)

* Konrad Lorenz : « l’agression, une histoire naturelle du mal » (Flammarion, 1969)

* hominides.com

Images

1. scène de la guerre de 14-18 (sources : histoire-image.org)

2. Jean-Jacques Rousseau (sources : wikipedia.org)

3. crâne aux nombreuses lésions d'un des suppliciés de Nataruk (sources : reuters.com)

4. squelette aux mains liées de Nataruk (sources : valuewalk.com)

5. la chasse du guépard (sources : denis-huot.com)

6. parade nuptiale chez les flamands roses (sources : nature-ailes.com)

7. homo erectus (sources : Becoming human, ep.2, youtube.com)

8. une scène de la guerre du Vietnam (sources : site-vietnam.fr)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

Mots-clés : "mythe du bon sauvage" - JJ Rousseau - sédentarisation - chasseurs-cueilleurs - agression intraspécifique - agression interspécifique - ritualisation -

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mise à jour : 19 mars 2023

     Il ne se passe pas un jour sans que les médias ne se fassent l’écho de la découverte d’une nouvelle planète extrasolaire si bien qu’on les compte à présent par milliers. Planètes géantes et gazeuses brûlantes d’être trop proches de leurs étoiles, planètes telluriques - c’est-à-dire rocheuses comme la Terre - parfois situées dans ce qu’on appelle la « zone d’habitabilité » de leur système stellaire, planètes tournant autour d’un système binaire à deux étoiles, voire même trois, planètes satellites d’obscures naines rouges ou, au contraire, de brillantes géantes bleues, bien d’autres encore, les scénarios sont multiples et, chaque fois, on se demande ce que pourraient être les cieux, notamment nocturnes, de ces endroits lointains… À défaut de les visiter un jour - ce qui semble bien improbable - on peut chercher à comprendre, voire imaginer ces étranges écosystèmes…

la Terre

     Mais évoquons d’abord la planète qui nous sert de référence. Pour la Terre, la nuit et le jour, on l’a compris depuis longtemps, sont la résultante de sa rotation qui présente alternativement la moitié de son globe au Soleil. De ce fait, le jour, lorsqu’il n’y a pas de nuages, l’observateur terrestre peut contempler un ciel d’une profonde couleur bleue produite par l’action de l’atmosphère sur la lumière solaire (sur les planètes sans atmosphère, la couleur du ciel est uniformément noire et les étoiles ne scintillent jamais). Le mouvement de rotation de notre planète entraîne également la production des vents, la répartition de la chaleur et de l’énergie sur la surface du globe, les courants marins, etc. Une Terre qui ne tournerait pas sur elle-même, serait une Terre morte…

     Depuis qu’elle est apparue il y a plusieurs centaines de millions d’années, la Vie, sous quelque forme qu’elle soit, a su s’adapter à ces variations cycliques au point que celles-ci ont été génétiquement intégrées par la plupart des espèces animales et végétales. Il existe, par exemple, une variété américaine de crabes qui change de couleur selon l’heure de la journée et le mouvement des marées qui les recouvre d’eau ou, au contraire, les abandonne sur le sable aux éventuels prédateurs : eh bien, on a pu constater que, expatriés à des centaines de km du bord de mer, dans des aquariums en plein désert, ces crabes continuent à changer de couleur en fonction des marées. Plus encore, ces variations de pigmentation suivent les variations saisonnières de l’océan.

     L’adaptation des animaux à l’alternance nuit-jour nous donne aussi une information insolite : le jour terrestre n’a

pas toujours été de 24 heures et la Terre ralentit. Imperceptiblement, mais elle ralentit. Il y a 500 millions d’années, le jour ne durait sur Terre que 21 heures (c’est l’étude des cercles de croissance des coraux fossiles qui nous l’apprend) et comme la révolution de notre planète autour du Soleil n’a, elle, pas changé, en ce temps-là l’année durait 417 jours… La Terre ralentit mais elle n’aura toutefois pas le temps de s’arrêter complètement car, dans environ 4,5 milliards d’années, le Soleil, en fin de vie et devenu une géante rouge, la détruira définitivement.

     Le Soleil se couche à l’ouest en projetant ses derniers feux et, quelques minutes plus tard, c’est la nuit noire. Noire, vraiment ? L’obscurité n’est en réalité jamais totale comme, d’ailleurs, à peu près partout dans l’Univers. Bien entendu, il y a notre satellite  qui reflète et renvoie la lumière du Soleil mais, même en son absence, il existe de nombreuses sources naturelles de lumière. On pense tout d’abord aux étoiles dont seulement quelques milliers sont accessibles à l’œil humain (à ce propos, comment se fait-il que nos nuits ne soient pas totalement envahies par les rayons des milliards de milliards d’étoiles qui peuplent l’Univers : l’explication de cette énigme dite « paradoxe d’Olbers » est donnée en fin d’article). Ensuite, il existe ce que l’on appelle la lumière zodiacale, une bande de lumière à la limite du perceptible pour nos yeux, même loin des lumières parasites, et qui correspond aux restes de l’ancien disque protosolaire vu par la tranche : ces minuscules fragments survivants renvoient la lumière solaire sur la face obscure de notre planète.  Évidemment, il s’agit d’une luminosité sourde, peu intense dans laquelle les instruments (et les conditions favorables) permettent même d’apercevoir l’image reflétée de notre étoile  ! Enfin, troisième source de lumière, la luminescence de l’air, elle aussi à la limite du perceptible ; cette luminosité provient de plusieurs mécanismes : la chimiluminescence (recomposition de certaines molécules cassées pendant la journée par le Soleil), l’excitation atmosphérique par les rayons cosmiques et, enfin, la recombinaison d’atomes ionisés par ce même Soleil le jour, un peu à la façon des aurores boréales.

     Cette nuit terrestre que l’Homme connaît depuis toujours et dont il aurait tendance à en faire le modèle universel n’est, bien sûr, qu’un cas particulier. Chaque planète, en fonction de sa taille, de sa composition et de sa place dans le cosmos possède une nuit bien à elle et, parfois, franchement étrange.

le système solaire

     Dans notre système, seule Mars pourrait à la rigueur nous rappeler nos nuits d’autant que l’alternance avec le jour y est voisine de la nôtre. Dotée d’une atmosphère ténue à base d’oxyde de carbone, un coucher de soleil sur Mars se fait dans les teintes rouge orangé mais avec, entouré de bleu et pointant sur l’horizon de l’ouest, un globe solaire d’une taille réduite de moitié par rapport à la Terre ce qui est bien normal compte-tenu de l’éloignement. Le robot de la NASA Curiosity qui arpente courageusement cet environnement hostile nous a fait cadeau de superbes clichés en la matière. La nuit, très froide, expose un ciel clouté d’or, fantastique point d’observation pour les scientifiques. Ce n’est pas par hasard que la planète suscite la majorité des projets d’exploration spatiale à venir…

     En revanche, il n’en va pas de même pour Vénus, la sœur jumelle de la Terre, pourtant de taille et de masse comparables. D’abord, cette planète est la seule du système solaire animée d’une rotation rétrograde, ce qui veut dire que là-bas le Soleil se couche à l’est. Pourquoi ? La meilleure hypothèse est celle d’un choc frontal il y a très longtemps avec un astre de la taille de la Lune, voire de Mars, qui l’aurait fait pivoter sur elle-même et tourner à l’envers de toutes les autres planètes (un sens de rotation hérité du nuage protosolaire). Mais , de toute façon, de la surface de Vénus, on ne voit jamais le Soleil… ni, bien entendu, les étoiles. En effet, l’atmosphère de cet astre est très épaisse (90 km) et essentiellement composée de dioxyde de carbone et de dioxyde de soufre. De ce fait, les rayons du Soleil, transformés en infrarouges par le sol, sont piégés par l’atmosphère et contribuent à élever la température globale. Et cette température est brûlante sur Vénus puisqu’elle atteint les 460°. Du coup, le sol est très chaud et rayonne comme un métal chauffé au rouge : un observateur y verrait en permanence une lumière rouge sombre, à peine éclaircie le jour par un Soleil invisible, et sous une atmosphère 92 fois plus dense que celle de notre planète. Un endroit guère sympathique.

     D’autres planètes telluriques du système solaire présentent des nuits extraordinaires : les satellites des géantes gazeuses. On imagine assez difficilement quel peut-être le ciel de Ganymède, un des nombreux satellites de Jupiter : on entrevoit un ciel étrange avec un soleil lointain mais l’énorme masse de la géante omniprésente, renvoyant une luminosité plus ou moins forte. Ganymède est le seul satellite du système solaire qui possède un champ magnétique : le télescope spatial Hubble a enregistré de gigantesques aurores boréales sur la planète ce qui, au demeurant, traduit l’existence d’une grande quantité d’eau salée, certainement souterraine (les scientifiques parlent d’un océan de 100 km de profondeur, enfoui sous 150 km de glace et de roches).

     Titan, lui, tourne autour de Saturne, la géante aux anneaux. C’est un satellite, certes, mais presque aussi grand que la Terre (son rayon fait les 4/5 de celui de notre planète). Il possède une atmosphère épaisse riche en azote, rappelant celle de la Terre primitive.

Titan présente toujours la même face à Saturne et il tourne autour d’elle en 16 jours ce qui veut dire qu’il est éclairé par le Soleil durant huit jours. Mais c’est un Soleil pâle car lointain et le jour de Titan doit être blafard. Par contre, la nuit y est certainement plus claire que sur Terre en raison des anneaux de sa planète-mère qui réfléchissent les rayons du Soleil en une sorte de lune bien plus puissante. Ces anneaux ne sont pas alignés avec le plan solaire et peuvent donc en certains cas continuer à recevoir de la lumière dans l’ombre de la planète géante. L’atmosphère étant épaisse, parfois on doit certainement discerner à travers elle comme des bandes lumineuses puis, mais rarement, par un trou dans les nuages, l’apparition quasi féérique d’un morceau d’anneau en une sorte d’autoroute de lumière.

     Le Soleil est une naine jaune de type spectral G2, de couleur blanche tirant légèrement sur le vert (G2 veut dire qu’il est un peu plus chaud que la moyenne des naines jaunes). Il existe de nombreux autres types d’étoiles, de (presque) toutes les couleurs et de toutes tailles : on imagine aisément les vues exotiques que l’on peut avoir à partir de leurs éventuelles planètes…

planètes extrasolaires et nuits extra-terrestres

     Éventuelles planètes ? Il est vrai que jusqu’à l’extrême fin du XXème siècle, si pour la majorité des spécialistes, il devait exister des planètes tournant autour d’étoiles autres que notre Soleil, la preuve n’en avait pas été apportée et on pouvait encore se poser la question. Aujourd’hui ce n’est plus le cas. Des milliers d’exoplanètes (3414 au 13 mai 2016) ont été découvertes par différentes méthodes (voir le sujet dédié) et, des exoplanètes il y en a beaucoup : les étoiles « solitaires » sont probablement assez rares et, la plupart du temps, ce sont des cortèges de planètes qui gravitent autour de leur astre central. Il y a donc certainement plus de planètes que d’étoiles et le nombre de ces dernières est déjà estimé entre 150 et 200 milliards rien que pour la Voie lactée… et il existe des milliards de galaxies comme elle  !

     Parmi les planètes identifiées à ce jour, certaines ne sont que des points dont la véritable nature nous est totalement inconnue alors que pour d’autres, plus proches ou mieux observables, nous en savons un peu plus. Essayons d’imaginer certaines d’entre elles.

. Isis (HD 189733b) : elle est située à 63 années-lumière de la Terre, dans la direction de la constellation du Petit Renard. C’est une géante gazeuse, un peu plus grosse que Jupiter, gravitant autour d’une étoile naine orange composant d’un système binaire puisque possédant une compagne, une naine rouge encore moins chaude qu’elle. Isis est ce que les spécialistes appellent un « Jupiter chaud », c’est-à-dire une planète de la taille de Jupiter mais située si près de son étoile que la face qu’elle lui présente de façon permanente est brûlée par elle (elle tourne autour de son étoile en un peu plus de… 2 jours). Il y fait chaud, très chaud (plus de 1300°) mais Isis possède une particularité : c’est une planète bleue, le télescope spatial Hubble nous l’a confirmé. Bleu azur pour être précis. Toutefois, rien à voir avec la Terre qui doit sa couleur bleu pâle à ses océans. Isis est bleue en raison de la présence de particules de silicate en suspension dans son atmosphère. Signalons à propos de celle-ci qu’elle s’évapore progressivement à cause de sa proximité avec l’étoile : à terme, Isis sera réduite à son seul noyau rocheux tout comme une planète tellurique de type terrestre et pour la différencier on la classera en planète « chthonienne » (dans la mythologie grecque, les divinité chthoniennes étaient des divinités infernales, souterraines, comme Hadès).

     On imagine donc une nuit perpétuelle seulement éclairée par les étoiles lorsque la planète se trouve du côté opposé aux deux astres de la binaire mais une nuit à la teinte vaguement rouge lorsqu’elle passe entre les deux puisque la naine rouge apparaîtra seule dans le ciel sous la forme d’un globe rougeâtre un peu plus large que la Lune. Sur la partie qui fait face à l’étoile principale, et bien que la naine orange appartienne à la classe des étoiles peu chaudes, Isis est un enfer inondé de chaleur et de lumière avec un immense globe orangé omniprésent. L’atmosphère d’Isis est brumeuse avec des pluies de verre probablement fort violentes d’autant que les vents y avoisinent les 7000 km/h  ! La Vie, en tout cas une vie comme la nôtre, y semble très peu probable…

. OGLE-2005-BLG-390L b : il s’agit de la première planète tellurique découverte en 2005. Elle a été surnommée « Hoth » en référence à la planète de la saga Star Wars dans «  l’Empire contre-attaque » : comme elle, il s’agit d’une super-Terre de glaces, peut-être même une planète-océan gelée, ici probablement en orbite autour d’une naine rouge. Grosse comme 5 fois la Terre (ce n’est donc pas une gazeuse), elle est distante d’environ 22 000 années-lumière, dans la direction de la constellation du

Scorpion. Elle tourne autour de son étoile en à peu près 10 ans mais à une distance d’elle qui, dans notre propre système, la placerait entre Mars et Jupiter… donc dans la zone d’habitabilité… dans le système solaire. Mais son étoile est une naine rouge qui n’envoie que le millième de chaleur et de lumière qu’enverrait le Soleil ; sa température en surface est donc de  - 220°. La planète est vieille (10 milliards d’années) et elle ne diffuse plus aucune chaleur. On peut donc imaginer une surface gelée qui n’est qu’une immense banquise où la nuit est perpétuelle puisque l’étoile rouge l’éclaire à peine. En revanche, plus proche du centre galactique, il est possible que ses cieux soient parsemés de myriades d’étoiles…

. HD 188753Ab : cette exoplanète a été baptisée «Tatooine » ici aussi par référence à celle imaginée dans la saga « Star Wars » car, comme dans le film, elle se situe dans un système à trois étoiles, dans la constellation du Cygne, à environ 150 années-lumière de nous. En effet, son étoile principale est une naine jaune comme le Soleil mais, fait étrange, un couple d’étoiles orangées tournent aussi autour de l’étoile centrale : il doit être particulièrement déstabilisant de voir se lever 3 soleils dont 2 plus sombres que le premier. On imagine les jeux de lumière et, suivant les mouvements et les éclipses des uns et des autres, les différentes nuances de nuits bien spéciales…

. PSR 1257+12b,c et d : l’étoile nommée Lich, située à 980 années-lumière de la Terre, dans la constellation de la Vierge, est entourée de trois planètes (peut-être quatre) découvertes en 2005 mais c’est une étoile morte ! En effet, Lich est une étoile à neutrons (donc les restes d’une étoile géante) qui, de plus, tourne sur elle-même à la vitesse de 9650 tours par minute : il s’agit de ce que l’on appelle un pulsar. C’est d’ailleurs cette caractéristique qui a permis de mettre en évidence les planètes extrasolaires car la moindre perturbation autour d’un pulsar est facilement décelable. Les cieux de ces planètes doivent être étranges et peut-être même effrayants puisque leur soleil ne mesure que 10 km de diamètre et que ses émissions se font dans le domaine des ondes radio : sur les planètes, on ne peut donc pas le voir et on doit avoir l’impression d’être perdu au sein d’un Univers désolé.

. HD 69830 b, c et d : ce système stellaire, situé à 41 années-lumière du Soleil, dans la constellation de la Poupe, comprend une étoile naine orange, presque en fin de vie car âgée de 8 à 9 milliards d’années, entourée de trois planètes de la taille de notre planète Neptune ce qui, d’ailleurs, est la raison pour laquelle on a appelé ce trio le « trident de Neptune ». Bien que presque de la taille du Soleil, l’étoile orange est beaucoup plus vieille que lui et ne diffuse que un peu moins de la moitié de sa lumière. Des deux premières planètes, on suppose que, bien que telluriques, elles sont trop proches de leur étoile pour avoir de l’eau sous forme liquide à leur surface mais la troisième planète se trouve, elle, dans la zone d’habitabilité… Toutefois, sa masse est de 10 fois celle de la Terre et, s’il est plutôt probable qu’il s’agisse effectivement d’une planète rocheuse, elle est entourée d’une épaisse atmosphère… qui n’est probablement pas de l’oxygène… Encore des nuits bien noires en perspective  ! Il reste à préciser que, comme dans le système solaire, il existe dans ce système stellaire un anneau d’astéroïdes et de poussières qui entoure l’étoile mais un anneau bien plus épais (50 fois plus important). De ce fait, on peut se demander si des météorites ne viennent pas assez souvent s’écraser sur la planète, illuminant alors brièvement son ciel…

. Kepler-452-b : découverte dans la direction de la constellation du Cygne en juillet 2015 par le télescope spatial Kepler (d’où son appellation) et située à 1400 années-lumière de notre étoile, cette planète pourrait être une super-Terre…

En effet, la naine jaune centrale, similaire au Soleil avec un rayon de 10% supérieur, diffuse environ 20% de lumière en plus. L’étoile Kepler-452 est plus vieille que le Soleil puisque son âge est d’environ 6 milliards d’années. La planète qui nous intéresse ici est tellurique (les scientifiques en sont certains à 80%) et tourne autour de son étoile en 385 jours. Sa masse est cinq fois supérieure à celle de la Terre - donc susceptible d’abriter des phénomènes volcaniques, sources de chaleur locale - mais surtout, elle se situe dans la zone d’habitabilité du système stellaire. Cela, toutefois, ne suffit pas pour abriter la Vie car il faut également géologie et atmosphère favorables mais c’est un début. On peut néanmoins lui imaginer une atmosphère voisine de la nôtre (c’est ce qu’a fait la NASA lors de la présentation de sa découverte) et donc des nuits semblables aux nuits terriennes. La journée, en revanche, le climat doit être plutôt chaud… au point que certains scientifiques ont évoqué « l’évaporation de ses océans »… s’ils existent : un sort qui pourrait devenir celui de la Terre dans un ou deux milliards d’années…

Découvrir et observer de mieux en mieux des planètes extrasolaires…

     … c’est le futur proche de cette branche de l’astronomie. Avec l’amélioration constante de nos moyens d’observation - et l’apparition de nouveaux - il est certain que nous en saurons plus sur ces planètes lointaines, sur leur atmosphère, la présence ou non d’eau liquide, leur configuration géologique, etc. Par contre, il reste un problème pour le moment complètement insoluble : celui de savoir comment se rendre sur ces mondes lointains.

    En effet, lorsqu’on dit que l’Univers est immense et essentiellement composé de vide, le cerveau humain a du mal à en visualiser les conséquences et pourtant  ! La plus proche étoile de notre Soleil est Proxima du Centaure, située à « seulement » 4,22 années-lumière de nous. Elle fait partie d’un système à trois étoiles appelé alpha du Centaure comprenant, d’une part, une binaire associant une naine jaune un peu plus grosse et plus lumineuse que le Soleil et une naine orangée tournant l’une autour de l’autre en 80 ans environ et, d’autre part, Proxima, l’étoile la plus proche comme l’indique son nom, une naine rouge invisible à l’œil nu de la Terre et qui est indirectement associée au couple.

      La vitesse la plus rapide que pourrait atteindre un mobile de fabrication humaine est estimée par les spécialistes au tiers de la vitesse de la lumière et cela ne concerne que des objets de très petite taille : atteindre Proxima demanderait donc environ 12 à 13 ans avec une même durée pour un éventuel retour… pour un voyage probablement sans objet, Proxima étant peu propice à l’existence de planètes extrasolaires de type terrien. Quant à la récente découverte de la NASA, Kepler-452-b, il faudrait à des explorateurs venant de notre système solaire un peu plus de… 4 000 ans pour s’y rendre. On comprend donc que ces terres lointaines que nous venons d’évoquer sont pour l’instant hors de notre portée. Ce qui ne doit pas empêcher les scientifiques de perfectionner leurs instruments pour affiner leurs observations et faire progresser nos connaissances.

Nota : le paradoxe d’Olbers

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

     Formulée sous le nom de paradoxe d'Olbers ou de la nuit noire, cette étonnante remarque resta sans réponse jusqu'au XXème siècle... Bon, on sait aujourd'hui que le nombre des étoiles n'est pas vraiment infini mais quand même : rien que dans notre galaxie, la Voie lactée, il y a entre 200 et 400 milliards d'étoiles. Et que des galaxies dans l'Univers visible, il y en a des milliards, chacune renfermant autant de soleils que notre Voie lactée. Ça fait donc beaucoup de lumière ! Alors ?

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

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

Sources :

1. Wikipedia France

2. Science et Vie.com

3. Encyclopaediae Britannica

4. voielactee.galaxie.free.fr

Images :

1. vue d'artiste d'une planète extrasolaire (sources : sciencesetavenir.fr)

2. la Terre jour et nuit (sources : fr.tubgit.com)

3. coucher de Soleil sur Mars (crédits : NASA)

4. vue d'artiste de la planète Titan (crédits : ledeblocnot.blogspot.com)    

5. vue d'artiste de la planète OGLE-2005 (sources : voielactee.galaxie.free.fr)  

6. vue d'artiste de la planète Kepler 452b (sources : 20minutes.fr)

7. vue d'artiste d'une planète aux trois soleils Gliese 667c (sources : citzenpost.fr)

Mots-clés : planète tellurique - géante gazeuse - lumière zodiacale - paradoxe d'Olbers - robot Curiosity - nuage protosolaire - champ magnétique - planètes extrasolaires - planète chthonienne - étoile à neutrons -

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mise à jour : 19 mars 2023

   Einstein avait un problème avec la physique de Newton : il n’arrivait pas à comprendre comment elle acceptait qu’un objet éloigné puisse avoir une influence immédiate sur un autre corps puisque, pour lui, la vitesse de la lumière était finie et indépassable. Par ailleurs, les lois de Newton semblaient s’appliquer assez justement aux phénomènes observables dans notre environnement proche mais qu’en était-il au-delà ? Il s’attela donc à repenser entièrement l’ensemble de l’édifice théorique et à écrire les formules mathématiques justifiant une nouvelle approche. Dès 1905, il publia sa théorie de la relativité restreinte qui concernait les phénomènes utilisant des vitesses constantes avant, dix ans plus tard, de généraliser sa théorie en y incluant la gravitation.

   Il expliqua que la physique newtonienne s’appliquait assez justement tant qu’elle ne concernait pas les « grands espaces » car, en effet, ses approximations, forcément infimes à notre échelle, ne sont guère perceptibles. Du coup et afin de convaincre les hésitants, sa théorie devait pouvoir corriger les  « imprécisions newtoniennes » et c’est bien ce qu’il se passa. Il restait un phénomène prévu par la théorie d’Einstein mais jamais encore observé : les ondes gravitationnelles. C’est à présent - et depuis quelques mois - chose faite.

Les grandes lignes de la physique einsteinienne

   Dans la théorie de la relativité restreinte qui, rappelons-le, ne concerne que les phénomènes se déroulant à vitesse constante, on trouve des éléments fondamentaux comme :

         * la constance de la vitesse de la lumière (exactement 292 792 458 m/sec, soit un peu moins de

300 000 km/sec), vitesse indépassable. Dans le système solaire, les distances bien que gigantesques à nos yeux sont en réalité très modestes à l’échelle de l’Univers : elles se calculent en minutes-lumière, voire en heures-lumière pour l’éloignement des planètes géantes de notre système. Toutefois, l’étoile la plus proche du Soleil (alpha dite Proxima du Centaure) est actuellement située à près de 4 années-lumière et notre galaxie (qui mesure entre 70 000 et 100 000 années-lumière de longueur) est située à des millions d’années-lumière de sa proche voisine Andromède : nous ne sommes plus dans le même ordre de grandeur et les approximations de la physique newtonienne ne sont plus acceptables à si grande échelle.

         * il existe une stricte équivalence entre énergie et matière comme le résume fort bien la célèbre formule E = mc² (l’énergie d’un objet de masse m au repos est égale à sa masse que multiplie le carré de la vitesse de la lumière). Or, dans cette formule c² est forcément gigantesque (le carré de 300 000 000  !) et cela veut donc dire que le fait de faire disparaître une infime quantité de matière m produit une énergie colossale. Pour illustrer cela, on prend souvent l’exemple d’un gramme de matière qu’on anéantirait avec un gramme d’antimatière : l’énergie produite serait équivalente à la bombe d’Hiroshima…

         * l’espace et le temps sont liés et ne peuvent être dissociés. On vient de dire que la vitesse de la lumière ne pouvait être dépassée et qu’elle est constante dans un référentiel inerte (c’est-à-dire sans accélération) : de ce fait, si la vitesse de la lumière est constante, la variation ne peut venir que du temps… Le temps peut ralentir, s’accélérer voire se dilater indéfiniment  ! Il s’agit d’une notion difficile à comprendre pour nos esprits confrontés à la petitesse de notre environnement. Bien entendu, les contemporains d’Einstein eurent eux aussi du mal à admettre ces notions et il leur fallait des preuves.

   De plus, la relativité restreinte ne concerne, on vient de le dire, qu’une approche locale des phénomènes physiques, concernant des vitesses constantes, sans accélération. Ce qui ennuyait fortement Einstein qui souhaitait « généraliser » sa théorie à l’ensemble des situations et c’est la raison pour laquelle, dix ans plus tard, en 1915, il présenta une théorie de la relativité, générale cette fois.

   Cette généralisation de la relativité restreinte intègre la gravitation et cela change beaucoup de choses. La

première conséquence en est que, dans ce modèle, l’espace est déformable : tout objet entraîne la courbure plus ou moins importante de l’espace où il se trouve et l’importance de cette courbure sera proportionnelle à la valeur de sa masse. Du coup, l’espace déformé est une sorte de cuvette plus ou moins profonde au centre de laquelle siège l’objet et la distance entre deux points ne sera plus une ligne droite mais une ligne courbe plus ou moins inclinée selon la pente de la cuvette : on parle alors de géodésique.

   Au-delà de l’aspect quelque peu inhabituel du concept, on pourrait éventuellement penser qu’il s’agit en réalité de détails mais c’est tout le contraire. En effet, si un plus petit objet se trouve à proximité d’un plus gros, comme, par exemple, la Terre à proximité du Soleil, le plus petit s’approchera du plus gros en suivant une géodésique et non une ligne droite : il ne « tombera » alors pas sur le plus gros mais se mettra en orbite autour de lui… Cette courbure que l’objet le plus gros crée autour de lui et qui « capture » l’objet le plus petit se fait à la vitesse de la lumière et, du coup, la théorie répond à ce qui paraissait incompréhensible dans la physique newtonienne.

   À la suite de la publication de sa théorie de la relativité générale, Einstein tenait quelque chose de complètement nouveau qui permettait d’avoir un regard neuf sur l’Univers et ses lois. Il n’en restait pas moins qu’il s’agissait d’une théorie, séduisante certainement, mais une théorie qu’il fallait valider.

Les preuves progressivement acquises

   Nous ne reviendrons que succinctement sur les différentes « preuves » de la validité de la relativité générale, le sujet ayant déjà été traité (voir : théorie de la relativité générale).

   La première réponse de la théorie concerna un problème exclusivement astronomique : l’avance du périhélie de Mercure, c’est-à-dire le point le plus proche de Mercure par rapport au Soleil, un problème que la physique de Newton ne savait pas résoudre : la Relativité l’explique parfaitement.

   Vint ensuite la preuve par l’observation de mirages gravitationnels (ou lentilles gravitationnelles) : il s’agit ici

du chemin parcouru par une lumière lointaine lorsqu’elle arrive à proximité d’un objet de masse importante situé entre elle et l’observateur. Si l’espace est réellement courbé par l’objet, la lumière provenant de l’objet lointain prendra plusieurs chemins dans la « cuvette » ainsi formée (géodésiques) par l’objet intermédiaire et l’observateur verra l’image de l’objet lointain plusieurs fois… On profita d’une éclipse de soleil en 1919 (c’était lui l’objet massif) et on constata la déviation de la lumière d’étoiles fixes parfaitement connues au passage de notre étoile. C’était une confirmation éclatante de la théorie et nul ne se risqua plus à la mettre réellement en doute : son inventeur devint du jour au lendemain un des scientifiques les plus célèbres du monde.

   D’autres expériences dites « relativistes » restaient à faire pour conforter le bien-fondé de la Relativité générale et, au fil des années, la technique aidant, elle furent réalisées, chaque fois avec un résultat positif. Toutefois, une preuve manquait à l’appel en raison de la grande difficulté à recueillir les informations sur le phénomène : l’observation d’ondes gravitationnelles.

Les ondes gravitationnelles

* la théorie

   Puisque l’espace et le temps ne font qu’un, chaque fois qu’il se produit un événement massif dans l’Univers, la conséquence en est un réajustement local et la création de très faibles perturbations qui se propagent dans l’espace à la vitesse de la lumière. Ces ondulations ressemblent à celles qu’on peut observer à la surface d’un lac lorsqu’on y jette un caillou. Ce sont ces perturbations infimes de l’espace-temps que l’on appelle ondes gravitationnelles. En réalité, il existe deux types d’ondes gravitationnelles : celles qui sont apparues juste après le Big bang et qu’on appelle les ondes primordiales et celles qui correspondent aux déplacements d’objets massifs dans l’Univers.

   Il s’agit d’un phénomène qui a été théorisé des 1916 par Einstein. Toutefois, on savait depuis le début qu’il serait très difficile d’enregistrer ces ondes car deux paramètres entrent en jeu : 1. La puissance du phénomène qui doit être majeur pour être perceptible (la simple explosion d’une étoile, même géante, ne suffisant pas) et 2. La finesse d’enregistrement des instruments susceptibles de mettre en évidence l’événement : on estime qu’un plissement gravitationnel entre la Terre et la Lune aurait l’épaisseur… d’un atome.

   Ajoutons à cela que les scientifiques n’étaient pas certains de la validité de la théorie sur ce point précis ; Einstein lui-même était revenu à plusieurs reprises sur ce qu’il pensait, se demandant s’il existait vraiment une réalité physique au phénomène ou s’il ne s’agissait pas tout bêtement d’un problème mathématique dépendant du choix du système de coordonnées retenu, ce que les spécialistes appellent un « effet de jauge ».

* la première preuve indirecte

   En 1974, deux astronomes américains, Russell Hulse et Joseph Taylor, étudiaient le pulsar PSR1913+16. Rappelons qu’un pulsar est le stade terminal de la vie d’une étoile massive, lorsque l’enveloppe externe de l’étoile a disparu et

qu’il ne reste plus que qu’un cœur hypermassif sous forme d’une étoile à neutrons. Une étoile à neutrons tourne plusieurs centaines de fois par seconde sur elle-même, projetant un faisceau de radiations à la manière d’un phare d’où le nom de pulsar. Toutefois le pulsar étudié par les deux scientifiques avait la particularité d’être formé de deux étoiles à neutrons et, du coup, on pouvait calculer la période orbitale du couple. Or les calculs montraient que cette période orbitale décroissait d’un millième de seconde chaque année… très certainement du fait de la formation d’ondes gravitationnelles. Prix Nobel de physique pour les deux chercheurs en 1993 et grande avancée de la théorie de la relativité mais... on était toujours à la recherche d’une preuve directe.

* l’observation de LIGO

   Le 14 septembre 2015, à très précisément 9h51 (temps universel) soit 11h51, heure de Paris, deux interféromètres, situés à 3000 km l’un de l’autre et constituant l’expérience nommée LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), enregistrèrent simultanément le passage d’une onde

gravitationnelle. On a déjà dit qu’il fallait un  événement considérable pour que puisse être mis en évidence cette très faible fluctuation de l’espace-temps : cet événement s’est produit il y 1,3 milliard d’années lors de la collision de deux trous noirs. On peut dire la chose différemment : en dépit de sa vitesse prodigieuse (300 000 km/sec), cette déformation parcourant l’Univers aura mis 1,3 milliard d’années à nous parvenir… Oui, l’Univers est immense…

   Ce cataclysme ancien s’est produit quelque part dans l’hémisphère sud sidéral sans que l’on puisse apporter d'autres précisions (il aurait fallu plus d’interféromètres pour une meilleure localisation). Les deux trous noir « pesaient » respectivement 29 et 36 fois la masse du Soleil et ils ont fusionné dans un maelstrom cataclysmique pour aboutir à un super trou noir d’environ 62 masses solaires : les « 3 masses solaires manquantes » ont été converties en énergie précisément véhiculée par les ondes gravitationnelles. C'est cette contraction infinitésimale qu'ont enregistrée les capteurs de LIGO : infinitésimale, en effet, puisque la contraction de l'espace observée était de l'ordre de 100 000 milliards de fois inférieure à un cheveu !

   Outre la mise en évidence des ondes gravitationnelles et la déformation de l’espace-temps, l’observation LIGO a dans le même temps définitivement établi l’existence des trous noirs dont quelques scientifiques doutaient encore. Et valider encore une fois s’il en était besoin la théorie einsteinienne de la relativité générale…

Une nouvelle astronomie

   Il est entendu que le fait d’avoir enregistré pour la première fois des ondes gravitationnelles est un événement considérable, la consécration de la pensée théorique et de l’observation scientifique. Pourtant, ce n’est peut-être pas là le principal : en démontrant la réalité de ces ondes si longtemps recherchées, c’est tout l’avenir de l’astronomie des espaces lointains qui est transformé.

   En effet, toute une partie de l’Histoire de l’Univers jusqu’à présent inaccessible avec nos outils classiques le devient grâce à l’interférométrie spécialisée : on imagine que l’explication d’événements tels que des coalescences de trous noirs, l'explosion d'étoiles géantes, la chute d’étoiles à neutrons sur l’horizon de trous noirs, bien d’autres phénomènes galactiques mal élucidés sont à portée de main. Mais on peut surtout espérer que cette nouvelle approche de l’exploration astronomique nous permettra de pénétrer les premiers instants de la formation de l’Univers, juste après le Big bang, durant ces fameuses 380 000 premières années alors que la lumière n’était pas encore apparue. On pourra donc peut-être voir au-delà du rayonnement fossile, ce fameux fonds diffus cosmologique qui était jusqu’à présent pour tous une limite indépassable…

Cette percée marque la naissance d'un domaine de l'astrophysique entièrement nouveau, comparable au moment où Galilée a pointé pour la première fois son télescope vers le ciel au XVIIe siècle

 (France Cordova, National Science Foundation, USA)

Sources :

* Wikipedia France (https://fr.wikipedia.org/)

* Revue Science et Avenir (http://www.sciencesetavenir.fr/)

* Jean-Pierre Luminet, astrophysicien

 (http://blogs.futura-sciences.com/luminet/)

* journal Le Monde (http://www.lemonde.fr)

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

Images

1.  vue d’artiste d’ondes gravitationnelles générées par la coalescence de deux trous noirs (source : tempsreel.nouvelobs.com)

2. Albert Einstein (sources : mirror.co.uk)

3. le couple Terre-Lune (sources : anarchies.e-monsite.com)

4. mirage gravitationnel "la croix d'Einstein (sources : univers-astronomie.fr)

5. vue d'artiste d'un pulsar (sources : maxisciences.com)

6. interféromètre du projet LIGO (sources : www.sciencemag.org/)

7. fonds diffus cosmologique (sources : astro.kizix.org)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

Mots-clés : Albert Einstein - théorie de la relativité générale - avance du périhélie de Mercure - mirages gravitationnels - période orbitale - rayonnement fossile

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

Sujets apparentés sur le blog

1. théorie de la relativité générale

2. juste après le Big bang

3. fonds diffus cosmologique

4. pulsars et quasars

5. trous noirs

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mise à jour : 19 mars 2023

   Dans quelque direction que l’on observe, l’Univers se compose de milliards de galaxies renfermant chacune des milliards d’étoiles. Ces galaxies sont organisées en petits groupes si éloignés les uns des autres que, la gravitation ne pouvant jouer sur de telles distances, c’est l’expansion de l’Univers qui les fait s’éloigner d’autant plus vite qu’ils sont plus lointains. En revanche, dans chacun des groupes qui peuvent contenir de quelques dizaines de galaxies à plusieurs centaines, la gravitation reprend ses droits et ces gigantesques masses stellaires se rapprochent inexorablement les unes des autres pour, à terme, ne devoir plus former qu’une seule galaxie géante par groupe. La Voie lactée fait partie d’un ensemble appelé groupe local qui contient une quarantaine de galaxies et elle en est la deuxième en taille, juste derrière sa voisine la grande galaxie d’Andromède : cette dernière est sa sœur jumelle avec laquelle elle fusionnera dans 4 à 5 milliards d’années. Essayons de faire plus ample connaissance avec notre galaxie, cette Voie lactée que les puristes appellent simplement « la Galaxie » (avec un G majuscule)…

La Voie lactée est une galaxie comme les autres

   Quelle est donc, chantée par Nougaro, cette « Voie lactée, voie clarté, où les pas ne pèsent pas » ? Eh bien jusqu’à il y a peu (les années 1920), c’était tout l’Univers connu et les plus illustres des scientifiques de l’époque n’imaginaient pas que l’Univers réel était encore bien plus immense, s’étendant très au-delà. Pour le comprendre, il faudra attendre les travaux de Edwin Hubble qui, du coup, remit la Voie lactée en perspective en définissant réellement ce qu’elle est : une galaxie comme les autres.

   Par une nuit particulièrement obscure, c’est-à-dire sans lune et loin des lumières artificielles des hommes, la Voie lactée

apparaît, au milieu des étoiles, comme une bande claire s’appuyant sur deux points de l’horizon : il s’agit bien de notre galaxie mais vue par la tranche depuis l’un de ses bords, notre Soleil étant relativement excentré. Les Anciens qui ne comprenaient pas la nature réelle de ces images avaient trouvé des réponses dans la mythologie. Galaxie vient du grec (galactos = lait) tandis que les Romains évoquaient une « via lacta » : pour certains, il s’agissait du lait que Hercule avait fait jaillir du sein de Junon, épouse et sœur de Jupiter, alors que pour d’autres, la trace lactescente provenait du sillage de flammes laissé par le char du Soleil conduit par Phaéton, son fils, lorsque celui-ci en perdit le contrôle. Poétique sans doute mais fort loin de la réalité : on pardonne aisément car les moyens techniques étaient limités.

   La Galaxie est une spirale barrée (on le sait depuis 1991), c’est du moins ce que nous a appris le télescope spatial Spitzer en 2005. Elle se compose d’un noyau central en forme de barre prolongé par un grand disque d’étoiles et de poussière présentant des bras spiraux et entouré par un halo.

le centre galactique

   C’est un gros renflement appelé bulbe essentiellement composé de vieilles étoiles rouges dites de « population II » ce qui signifie qu’elles sont très anciennes, datant des débuts de la Galaxie, il y a 12 ou 13 milliards d’années. En raison de nuages de poussière compacts, ce centre est difficile à observer mais on sait qu’il est également occupé par un gigantesque trou noir (comme d’ailleurs la plupart des galaxies) actuellement en repos (voir : Sagittarius A, le trou noir central de la Galaxie).

   La barre centrale est d’une longueur voisine de 27 000 années-lumière et elle est entourée d’une sorte d’anneau qui contient la

plus grande partie de l’hydrogène de la Galaxie : c’est grâce à lui que se forment les nouvelles étoiles et il n’est donc pas étonnant que cet endroit en soit une vraie pouponnière. D’ailleurs, un observateur situé quelque part dans la galaxie d’Andromède verrait cet endroit comme le plus brillant de toute notre galaxie…

le disque

est une structure relativement plate entourant le centre et il renferme quatre bras spiraux plutôt évasés. Il est évidemment difficile d’observer de l’intérieur une construction dont on fait partie mais on a pu estimer sans trop d’erreur son épaisseur à 2500 années-lumière et son diamètre à environ 70 000 années-lumière, en sachant que du gaz prolonge l’ensemble pour un diamètre total de 100 000 années-lumière, voire plus. 

Et notre étoile ? Le soleil se trouve à environ 27 000 années-lumière du centre, relativement excentré donc, dans un endroit

appelé le bras d’Orion (voir : place du Soleil dans la Galaxie). Il s’agit d’une distance considérable qu’il faut constamment souligner tant les chiffres sont difficiles à appréhender. Rappelons que la plus proche étoile du Soleil est la naine rouge alpha du Centaure et qu’elle est située à 4,4 années-lumière ce qui veut dire que l’engin le plus performant que pourrait créer l’Homme mettrait, d’après les spécialistes, une dizaine d’années pour l’atteindre (à une vitesse d’à peu près la moitié de celle de la lumière). Avec ce moyen de transport (qui n’existe pas encore), il faudrait donc plus de 50 000 ans pour atteindre le centre galactique et 50 000 ans, c’est la durée qui nous sépare de la fin du paléolithique moyen, soit 10 000 ans avant l’Aurignacien qui vit apparaître des hommes aux caractéristiques modernes  !

les bras spiraux

   Difficiles à observer en raison de la position du Soleil, on a longtemps pensé qu’il y en avait quatre principaux partant du centre galactique (bras de Persée, bras de la Règle et du Cygne, bras Écu-Croix et bras Sagittaire-Carène). Il existe aussi deux bras plus courts dits mineurs dont l’un est important pour nous puisqu’il contient le Soleil : c’est le bras d’Orion (notre étoile se trouve sur son bord intérieur) qui est peut-être une branche du bras de Persée mais on n’en est pas encore totalement sûr.

   Toutefois, en 2008, le télescope Spitzer a quelque peu rebattu les cartes en démontrant que la Galaxie n’a probablement que deux grands bras spiraux (Persée et Écu), les deux autres étant relégués au rang de bras secondaires, l’ensemble formant une structure au fond plus conforme à celle d’une galaxie barrée. Nouveau changement il y a quelques mois : la Voie lactée retrouve ses quatre bras après un comptage approfondi de certaines catégories d’étoiles… En réalité, les deux opinions sont probablement exactes et complémentaires : les deux bras reconnus par Spitzer sont ceux qui contiennent la majorité des étoiles tandis que les deux autres sont plus riches en gaz. On en saura plus avec le satellite Gaïa lancé récemment…

le halo

   C’est la région de l’espace qui entoure les galaxies spirales et donc la Voie lactée. On y rencontre évidemment bien moins d’étoiles que dans le disque ou le bulbe et, de plus, ces étoiles

anciennes, toutes de catégorie II, ont des mouvements parfois étranges, des orbites rétrogrades ou fortement inclinées, voire totalement irrégulières. Certaines des naines rouges actuellement à proximité du Soleil (Groombridge 1830 à 29,7 années-lumière, Kapteyn à 12,8 années-lumière) sont suspectées de faire partie de ces étoiles du halo, de passage en quelque sorte dans le disque galactique qu’elles traversent de part en part…

   D’où viennent alors ces étoiles qui semblent échapper aux règles communes ? Eh bien très certainement de petites galaxies satellites de la Voie lactée qui ont été « capturées » au fil du temps. C’est, par exemple, le cas de la galaxie naine du Sagittaire (située de l’autre côté du disque par rapport au Soleil et donc difficile à observer) dont la Voie lactée « a phagocyté » un certain nombre d’étoiles qu’elle « a regroupé » dans des amas globulaires (voir plus bas). Cette galaxie naine (mais c’est également vrai pour les autres) devrait passer, elle, à travers la disque de la Voie lactée dans environ 100 millions d’années et elle y perdra nombre de ses étoiles avant d’être à terme définitivement absorbée.

   On rencontre donc dans ce halo de nombreux amas globulaires (150 sont visibles et il doit en exister bien d’autres). Ces amas comprenant chacun plusieurs dizaines de milliers d’étoiles se sont pour la plupart vraisemblablement formés en même temps que la Galaxie (d’autres, comme on l’a vu, ont été arrachés à des galaxies satellites) et c’est la raison pour laquelle leurs étoiles sont vieilles. Le cas particulier d’amas globulaires contenant des étoiles bleues, donc jeunes, n’a pas remis en cause cette notion comme on peut le lire dans le sujet dédié : amas globulaires et traînards bleus.

   Et puis il y a la « matière noire » bien présente dans le halo et sur laquelle nous allons revenir.

La galaxie tourne sur elle-même de façon complexe

   Toutes les étoiles de la Galaxie sont animées d’un mouvement en

fait conjugué : mouvement d’ensemble, galactique, et mouvement propre à chacune. Ces mouvements sont évidemment complexes et il existe plusieurs moyens de les calculer ; l’un des principaux est le calcul de la parallaxe d’une étoile, c’est-à-dire l’angle sous lequel peut être vue depuis une étoile une longueur de référence (par exemple le rayon de la Terre pour les étoiles proches). On peut également avoir recours au calcul de la vitesse radiale d’une étoile par l’étude du déplacement de ses raies spectrales par effet Doppler. Quoi qu’il en soit, on peut ainsi mettre en évidence que l’ensemble de la Voie lactée est en rotation autour de son centre, tournant dans le sens des aiguilles d'une montre.

   Toutefois, comme écrit plus haut, il existe deux déplacements pour une étoile comme le Soleil : général avec l’ensemble de la Galaxie et propre à lui-même dans son environnement immédiat ; le Soleil fait le tour de la Galaxie en 226 millions d’années (ce qui veut dire qu’il en est à son vingtième) à la vitesse de 250 km/s mais sa vitesse propre par rapport aux étoiles voisines de référence est de 19,5 km/s en direction de la constellation d’Hercule…

   Il ne faudrait pas croire que la Voie lactée tourne à la façon d’un gigantesque disque solide (comme ceux de nos anciens tourne-disques) car, en effet, la répartition des étoiles n’est pas la même partout. Au centre, elles sont nombreuses et rapprochées et ont donc des interactions les unes avec les autres tandis que, en périphérie où elles sont plus rares, les étoiles interagissent moins. La rotation de la Voie lactée rappelle celle d’un solide au niveau du bulbe tandis qu’elle est beaucoup plus variable en périphérie du disque et des bras spiraux. De plus vient se surajouter la présence de la matière noire…

La matière noire du halo

   C’est à Fritz Zwicky que l’on doit pour la première fois l’évocation d’une mystérieuse « matière », invisible et indétectable, mais à l’influence très importante sur les galaxies. En effet, le scientifique suisse avait, dès les années 1930, observé une grande structure galactique située à environ 300 millions d’années-lumière de nous, l’amas de Coma. Il avait calculé que la vitesse de certaines galaxies de cet amas pouvait atteindre les 1000 km/s, une vitesse qui, normalement, aurait dû tout simplement les expulser de la structure. Mais, bien sûr, ce n’est pas le cas : ces galaxies restent soudées les unes aux autres comme par une force mystérieuse. Zwicly en fut alors certain : tout cela ne peut relever que de la gravitation ce qui sous-entend qu’il existe une matière non visible dont la masse intervient. Il refit ses calculs et arriva à la conclusion que cette masse invisible, baptisée « matière manquante », pèse 500 fois plus que toute la matière visible de l’amas… Bien entendu, on ricana à ces affirmations et la découverte de Zwicky fut enterrée durant 40 ans…

   Dans les années 1970, c’est une américaine, Vera Rubin (1928-2016), qui se mit au travail sur la question. Les télescopes étant devenus plus

performants, on pouvait de ce fait distinguer individuellement certaines étoiles de la galaxie d’Andromède M31 et, surprise, l’astrophysicienne s’aperçut que les étoiles en périphérie d’Andromède tournent aussi vite que celles de son centre ! Une seule explication est envisageable : en fait, c’est toute la galaxie qui est le centre et elle est entourée d’une « périphérie » composée d’une matière invisible appelée matière noire…

   Aujourd’hui, on sait que cette matière noire est présente en quantité importante dans toutes les galaxies et notamment dans le halo de la Voie lactée : la vitesse de rotation de celle-ci devrait diminuer à grande distance du noyau central mais ce n’est pas le cas. Exactement comme pour la galaxie d’Andromède. Il existerait bien une autre explication qui serait que la théorie de la gravitation, la Relativité générale, est fausse ; peu de scientifiques croient à cette dernière hypothèse, surtout à un moment où on vient de mettre en évidence, fin 2015, les ondes gravitationnelles prédites par Einstein dans sa théorie, il y a plus de cent ans  ! Les spéculations sur la matière noire vont bon train (voir le sujet : matière noire et énergie sombre) mais sans réelle avancée jusqu’à présent.

   Andromède contient certainement plus d’étoiles que notre galaxie et, de ce fait, on pourrait dire qu’elle est plus grosse qu’elle mais elle est également plus massive puisque, selon des calculs récents, elle contiendrait deux fois plus de matière noire que la Voie lactée. Pourquoi et de quoi est faite cette matière noire ? Jusqu’à ce jour le mystère reste total.

Le groupe local

   On disait en préambule que les milliards de galaxies de l’Univers étaient regroupés dans des structures comprenant quelques dizaines d’entre elles, appelées groupes pour moins de cent galaxies ou amas pour plus de cent. À une échelle encore supérieure, ces groupes ou amas sont d’ailleurs eux-mêmes associés dans des structures géantes dénommés superamas. La Voie lactée ne fait pas exception et le groupe auquel elle appartient est tout simplement baptisé groupe local, une structure rassemblant une trentaine ou une quarantaine de galaxies (en raison de la poussière et de la position du Soleil, certaines sont difficiles à mettre en évidence).

   D’un diamètre d’environ 10 millions d’années-lumière, le groupe local est dominé par deux galaxies géantes, Andromède, la plus grosse, et la Voie lactée. Ces deux entités se rapprochent l’une de l’autre à la vitesse de 130km/s (soit 468 000 km/h) mais, encore séparées par une distance de 2,5 millions d’années-lumière, leur rencontre ne se fera pas avant plusieurs milliards d’années : la date est encore incertaine et le satellite Gaïa, déjà cité, devrait nous en dire plus en permettant de calculer plus précisément la vitesse d’Andromède.

   Chacune de ces deux géantes possède son cortège de galaxies satellites. Pour la Voie lactée (qui en a déjà absorbé plusieurs), il s’agit surtout des deux nuages de Magellan, galaxies irrégulières respectivement à 157 000 années-lumière pour le Grand Nuage (50 milliards d’étoiles) et à 197 000 années-lumière pour le Petit (25 milliards d’étoiles). Preuve de l’influence gravitationnelle considérable de la Voie lactée, il existe deux appendices liant les nuages à celle-ci et cela même si l’on n’est pas tout à fait sûrs que les dits-nuages seront complètement attirés. Autre galaxie satellite de la Voie lactée, celle du Grand Chien (la plus proche, à 25 000 années-lumière), celle du Sagittaire, déjà évoquée, et quelques autres plus petites (Petite Ourse, Dragon, Fourneau, Lion, etc.).

   La galaxie d’Andromède, quant à elle, a pour satellite principal la

troisième (et dernière) galaxie spirale du groupe, la galaxie du Triangle M33 dont la masse est estimée à 60 milliards d’étoiles (ce qui en fait la troisième plus massive du groupe local) mais représente à peine plus de 5% de la masse d’Andromède estimée à 1 000 milliards d’étoiles. Un cortège d’autres galaxies elliptiques naines, voire irrégulières, entoure Andromède tandis que quelques galaxies de taille modeste paraissent indépendantes.

Et au delà ?

   Le groupe local fait partie d'un superamas composé d'une centaine d'amas de galaxies dont le plus volumineux est l'amas de la Vierge (qui donne son nom au superamas) au diamètre impressionnant de 100 millions d'années-lumière. Le superamas de la Vierge est lié à d'autres superamas tels celui du Centaure, celui de l'Hydre ou encore celui de Pavo indus, le tout aboutissant à un ensemble d'environ 100 000 galaxies appelé Laniakea. Ce nombre est à comparer à l'estimation totale du nombre de galaxies présentes dans l'univers observable (93 milliards d'années-lumière environ) qu'on estimait à environ 200 milliards : récemment le télescope spatial Hubble a permis de réévaluer ce nombre à 2000 milliards. Chaque galaxie contenant une moyenne de 200 à 300 milliards d'étoiles et probablement beaucoup plus de planètes, nous arrivons alors à des chiffres impossibles à intégrer par le cerveau humain !

La Voie lactée, combien d’étoiles ?

   On vient de dire que la taille de la galaxie d’Andromède était estimée à 1 000 milliards d’étoiles, que l’on pensait à 50 milliards pour le Grand Nuage de Magellan, 25 milliards pour le Petit Nuage mais que sait-on à propos de notre galaxie elle-même ?

   Comme il est toujours difficile d’observer quelque chose dont on fait partie, après bien des hésitations, les scientifiques sont à peu près tombés d’accord pour estimer le nombre d’étoiles dans la Voie lactée compris dans une fourchette de 200 à 400 milliards. En 1985, un grand projet de comptage des étoiles de notre galaxie a été lancé au sein de l’Observatoire de Besançon. Le résultat de cette étude qui aura duré 25 ans a été donné en 2009 : la Voie lactée renferme 170 milliards d’étoiles (à quelques milliards d’incertitude près). Le nombre est moins important que celui attendu mais ce qui a surtout marqué les esprits, c’est la répartition des étoiles par types. En effet, l’étude montre que les petites étoiles, celles qui ont les masses les plus faibles, sont largement majoritaires : plus de 60% du total sont des naines rouges, bien moins lumineuses que le Soleil ! Justement, à propos de lui qui est une naine jaune, est-il bien une étoile moyenne comme on le présente habituellement ? Eh bien non : notre Soleil fait partie d’un groupe minoritaire puisque des étoiles ayant sa luminosité représentent moins de 15 % (2,5 milliards d’individus) de l’ensemble. De la même façon, les étoiles très lumineuses, ces géantes bleues ou rouges que l’on évoque si souvent, sont, elles, ultra-minoritaires, quelques millions seulement. En fait, ce sont « les obscurs, les sans-grade » qui dominent. D’autant que sur les 170 milliards d’astres recensés, près d’un tiers sont des étoiles ratées (naines brunes) ou des étoiles mourantes ou ne brillant plus (faiblement) que par leurs restes (comme les naines blanches).

   Il n’empêche : 170 milliards, cela fait quand même beaucoup d’étoiles et si l’on songe que chacune d’entre elles est susceptible de posséder plusieurs planètes, le nombre de celles-ci devient alors gigantesque. D’après les spécialistes des planètes extrasolaires, 70% des jeunes étoiles sont entourées de planètes de « taille terrestre » et beaucoup pensent que, si presque toutes les étoiles possèdent des systèmes planétaires, on peut avancer le chiffre de mille milliards de planètes dans la Voie lactée. Un chiffre qui ne laisse aucun doute sur la présence parmi elles de planètes tout à fait semblables à la nôtre…

   La Voie lactée est vaste et donc peuplée de beaucoup d’étoiles. Comme pour toute galaxie, on doit y observer des supernovas (voir : novas et supernovas), étoiles géantes mourantes qui, l’espace de quelques jours, illuminent le ciel de leur incandescence

fugitive. L’estimation des astronomes est qu’un tel événement devrait se produire 2 à 3 fois par siècle. Pourtant, la dernière supernova observée dans la Voie lactée date d’avant l’invention de la lunette astronomique puisque c’est Kepler lui-même qui décrivit une supernova apparue dans la constellation d’Ophiucus en 1604. Il s’agit là probablement d’une curiosité statistique. Quoi qu’il en soit, la plus connue des supernovas est celle de 1054 qui est visible de nos jours sous la forme d’un rémanent, la nébuleuse du Crabe (bien qu’elle ait probablement été moins intense que celle de l’an 1006, cette dernière ayant été, avec le Soleil, la seule étoile à avoir jamais produit des ombres à la surface de la Terre).

Le gigantisme de la Voie lactée : une poussière à l’échelle de l’Univers

   S’il est un élément qu’il convient de rappeler lorsqu’on parle d’astronomie, ce sont les distances si importantes entre les objets de l’espace que, le plus souvent, le cerveau humain n’arrive pas à les concevoir. La sonde Voyager 1, par exemple, aura mis pas moins de 30 ans pour sortir du simple système solaire et, pourtant, elle file à la vitesse de 17 km/s  ! Comme on l’a déjà dit, c’est en dizaines d’années qu’il faut envisager un voyage jusqu’à la plus proche étoile voisine : on imagine volontiers ce que représente des voyages vers le centre de la Galaxie ! Sans évidemment parler des voyages intergalactiques, tout bonnement impossibles… Reste que, statistiquement, la Vie existe très certainement quelque part au sein de notre galaxie mais que le problème est de la rejoindre, à supposer que l’on sache où chercher… Distances complètement infranchissables au sein même de notre propre galaxie… qui représente, par rapport à l’immensité de l’Univers, moins qu’un grain de sable à la surface de la Terre : oui, l’Homme est bien petit dans cette Nature immense.

Sources :

1. Wikipedia France

2. Science et Vie.com

3. Encyclopaediae Britannica

4. planete.gaia.free.fr

5. www.cosmovision.com

6. www.astronomes.com

Images :

1. Voie lactée en Australie (sources : tuxboard.com)

2. Voie lactée (sources : Wikipedia.org)

3. schéma galaxie barrée (sources : jacques.rosu.perso.sfr.fr)

4. place du Soleil dans la Galaxie (sources : maxisciences.com)

5. structuration d'une galaxie spirale (sources : nrumiano.free.fr)

6. galaxie des chiens de chasse M51 (sources : flashespace.com)

7. Véra Rubin (sources : spaceanswers.com)

8. galaxies du groupe local (sources : fr.wikipedia.org)

9. galaxie d'Andromède M31 (sources : media4.obspm.fr)

10. nébuleuse du Crabe (sources : hubblesite.org)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

Mots-clés : Andromède M31 - groupe local - Edwin Hubble - bras d'Orion - télescope spatial Spitzer -  amas globulaires - galaxies satellites naines - matière noire - Fred Zwicky - Véra Rubin - ondes gravitationnelles - nuages de Magellan - supernovas - nébuleuse du Crabe

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

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mise à jour : 19 mars 2023

     Depuis la parution du livre de Darwin qui, en 1859, bouleversa totalement notre compréhension de l’évolution du monde du vivant, les divers opposants à cette nouvelle approche avancent un argument qu’ils considèrent comme implacable : s’il existe réellement une évolution des espèces au fil des âges, disent-ils, comment se fait-il que l’on ne trouve pas plus de fossiles intermédiaires ? Par exemple, si l’on admet que l’Homme est un primate, comment se fait-il que l’on ne puisse jamais mettre en évidence « l’ancêtre de transition », celui que l’usage appela rapidement « le chaînon manquant » ? Nous allons essayer de répondre à ces questions en expliquant notamment que c’est parce que ce maillon manquant n’a jamais existé et qu’il n’est que le fruit d’une mauvaise compréhension des lois de l’Évolution. Bien entendu, le raisonnement que nous allons suivre pour l’Homme s’applique à l’ensemble des espèces.

La grande chaîne du vivant et les préjugés religieux

     Au printemps 2014, dans le microcosme scientifique, on reparla soudain d’un « chaînon manquant ». Il s’agissait cette fois d’expliquer la découverte d’un micro-organisme baptisé

lokiarchaeota décelé près d’une source hydrothermale située entre le Groenland et la Norvège et qui possédait des caractéristiques à la fois avec les bactéries et avec l’espèce humaine : il n’en fallait pas plus pour que certains s’exclament que l’on venait de découvrir un des « chaînons manquants » de la longue lignée ayant conduit des premières entités vivantes à l’Homme  ! Après étude, il fut conclu qu’il n’en était rien : lokiarchaeota est un microbe certes très intéressant mais moderne et descendant probablement d’un ancêtre très lointain appartenant à un groupe dont faisait également partie les ancêtres éloignés des mammifères d’aujourd’hui. Comment se fait-il que, des années après la parution du livre princeps de Darwin, on en soit encore à chercher des ancêtres communs qui viendraient peupler des évolutions linéaires du vivant, comme si cette évolution n’était qu’un long cheminement vers le but ultime de la Nature, l’Homme, être suprême ?

     Cette idée de « développement linéaire » qui encombre encore les consciences est en réalité, fondée sur la notion de « la grande chaîne du vivant » qui est une invention de la théologie médiévale, basée sur des concepts développés par Platon, Aristote et bien

d’autres philosophes de l’Antiquité. Dans cette théorie, on imagine un processus continu de la vie qui se complexifie progressivement, de façon hiérarchique, selon un schéma pensé et voulu par Dieu. Les liens qui unissent les différents objets de la chaîne ne peuvent être rompus ou modifiés, de même que la place des différents éléments qui la composent (à moins, dans certains cas très précis, d’avoir recours à l’alchimie). Bien entendu, au sommet de cette hiérarchie (juste en dessous de Dieu et des anges) se tient l’Homme qui est appelé à régner sur un univers uniquement peuplé d’animaux qui lui sont forcément inférieurs puisque lui-même n’est pas un animal mais une « créature supérieure de Dieu ». Il est curieux de constater que cette théorie qui ne repose évidemment sur aucune base scientifique existe toujours dans le subconscient de bien des chercheurs (en biologie de l’Évolution, on continue à parler « d’échelon supérieur » ou de « formes inférieures », là où, dans ce dernier cas, il vaudrait mieux parler de formes archaïques ou primitives).

     Il est vrai que « l’ego de l’Homme » a, depuis quelques siècles, subi un certain nombre de désillusions : après que Copernic eut expliqué au monde que c’était la Terre qui tournait autour du Soleil et non l’inverse (ce que l’on croyait depuis des siècles), on en arriva ensuite à affirmer que notre étoile n’est qu’un astre banal, situé en périphérie d’une galaxie ordinaire (de 150 milliards d’étoiles) comme il en existe, à perte de vue, des milliards d’autres. Et voilà que, pour couronner le tout, Charles Darwin explique que toutes les observations du vivant concourent à faire de l’Homme un animal comme les autres : pis encore, il est biologiquement parlant un primate, c’est-à-dire un « singe dit supérieur »…

     Après avoir provoqué la grosse colère de toute une foule de créationnistes, l’idée au départ scandaleuse que « l’homme descend du singe » finit par être reconnue par le monde scientifique. Plus encore, on arriva à admettre que l’Homme était lui-même un singe, de la série des grands primates  ! Toutefois, les préjugés ont la vie dure puisque si l’on admettait cette idée, on concluait immédiatement que c’était l’aboutissement d’une évolution directe comme en témoigne le succès d’un dessin fameux où l’on peut voir des animaux se redresser

progressivement pour arriver à l’Homme et à sa marche droite en station debout (illustration ci-contre) : de nombreux esprits - parfois assez éclairés - continuent à croire que les choses se sont passées ainsi, ce qui est une ineptie. Cette « filiation » n’existe en fait que dans l’esprit d’individus mal informés…

L’erreur fatale : l’Homme moderne « descend directement » du singe 

     S’il y a une lignée « directe », il faut donc en découvrir les différents protagonistes successifs. On n’explique pas autrement le succès d’une des plus importantes mystifications scientifiques de l’époque moderne, celle de "l’homme de Piltdown". Nous sommes alors au tout début du siècle dernier et les scientifiques pensent tous au « chaînon manquant » qui relierait homo erectus à homo sapiens (Neandertal est vécu comme si « affreux » qu’il ne peut être considéré comme un ancêtre de l’Homme  !). Voilà qu’en Angleterre, à Piltdown, dans le Sussex, un paléontologue amateur met au jour un crâne possédant des caractéristiques humaines associé à une mâchoire manifestement d’apparence simiesque : le monde entier se réjouit puisqu’on vient de trouver le fameux

maillon intermédiaire, l’ancêtre direct de Sapiens. Il faudra attendre 1959, soit 47 ans plus tard, pour que la supercherie soit reconnue : le crâne est bien celui d’un homme… mais ayant vécu au Moyen-âge et la mâchoire est celle d’un vrai singe  ! (voir le sujet dédié : la machination de Piltdown). Suite à l’étude (postérieure) des australopithèques, on sait à présent que cette supercherie aurait pu être bien plus crédible s'il avait été associé un crâne de singe à une mâchoire d’homme…

     Comment un tel mensonge a-t-il pu subsister si longtemps dans la communauté scientifique ? Eh bien précisément parce qu’on voulait absolument trouver ce chaînon manquant, survivance inconsciente dans l’esprit de tous de la fameuse « chaîne du vivant » évoquée plus haut. Dans un sujet précédent, j’avais expliqué que lorsque, comme les créationnistes du « dessein intelligent », on cherche à démontrer une conclusion dont on a au préalable décidé les termes (ce que l’on nomme « raisonnement finaliste »), on sort du domaine scientifique pour entrer de plain-pied dans la fiction (voir le sujet : science et créationnisme). Avec la machination de Piltdown, nous sommes en plein dedans…

     Mais alors quelle est la « filiation d’homo sapiens » la plus vraisemblable ?

L’évolution vers l’homme moderne

     Il faut définitivement oublier les « arbres » généalogiques classiques, où l’on voit, parti d’un tronc commun robuste, les espèces vivantes évoluer sous forme de branches, puis de branches plus petites, de rameaux enfin, comme s’il n’y avait chaque fois qu’un seul chemin à suivre pour expliquer les formes vivantes actuelles. Comme le faisait remarquer le paléontologue Stephen J. Gould, « il n’y a pas, il n’y a jamais eu d’arbre unique mais des buissons foisonnants ».

     Reprenons la généalogie de l’Homme. Il n’y a pas un ancêtre commun qui serait en quelque sorte un homo sapiens archaïque, ancien, et dont on risquerait de découvrir un jour le fossile permettant d’affirmer qu’il est le chaînon qui manquait. Au contraire, il est certain que de nombreux caractères évolutifs appartenant à l’homme moderne ont été pris à des formes variées d’hominidés ayant vécu conjointement dans la savane africaine durant des millions d’années. Il est donc probable qu’il nous sera toujours impossible de trouver l’espèce d’hominidé qui avait en commun avec nous telle ou telle caractéristique et nous l’a transmise.

     Avant, il a certainement existé un ancêtre commun avec les grands singes à une époque que les scientifiques situent il y a environ de 5 à 8 millions d’années. Par la suite, donc, de nombreuses espèces d’hominidés ont coexisté et certaines se sont révélées être des impasses comme, par exemple, paranthropus, dont on pense qu’il s’est éteint sans descendance il

y a 1 million d’années. Ailleurs, différentes lignées ont vécu parallèlement, échangeant certains caractères et l’une d’entre elle, celle de Sapiens, s’est individualisée avec le succès que l’on connaît. Cette « réussite » doit tout au hasard et l’on sait que, à certains moments, notre espèce fut proche de l’extinction totale. S’il n’en fut rien, cela est dû à ce que Gould appelle la contingence, c’est-à-dire essentiellement la conjonction d’un hasard total associé au déterminisme des événements accidentels ayant conduit à l’état actuel. Le hasard aurait basculé dans une direction légèrement différente et le monde d’aujourd’hui pourrait n’être peuplé que de chimpanzés.

« Il y a cinq millions d’années, une simple femelle de grand singe non humain a été la mère commune d’une descendance ayant conduit aux trois espèces encore vivantes de nos jours : les hommes, les chimpanzés et les bonobos. Les enfants de cette mère originelle se sont unis avec d’autres grands singes de leur propre espèce qui ont eu des enfants qui ont eu des enfants et ainsi de suite durant plusieurs centaines de milliers de générations... À aucun moment de cette évolution, les enfants ne sont apparus ou se sont comportés différemment de leurs parents. Pourtant, au départ, il y avait de grands singes non humains et, à la fin de la lignée, des hommes. Les hommes ne sont apparus à aucun moment particulier au cours du temps. Ce sont plutôt les organismes non humains qui ont progressivement évolué par de légères modifications partiellement humaines jusqu’à lentement aboutir à l’espèce que nous appelons Homo sapiens. »

Lee M Silver (Challenging Nature, 2006, Harper Collins, New York, USA)

    Il y a 65 millions d’années, un astéroïde totalement imprévisible a heurté la Terre si fort que la conséquence en a été la disparition de toutes les espèces dominantes de l’époque, une domination qui durait depuis des centaines de millions d’années. Cet événement imprévu permit la prépondérance ultérieure des mammifères dont, notamment, les grands primates. Hasard.

     Bien plus tard, dans la savane africaine d’il y a quelques millions d’années, une succession d’événements accidentels permit l’apparition de l’Homme moderne. Hasard encore une fois. On peut toutefois se poser la question de savoir si ce hasard-là aura été une chance pour la planète et ses autres occupants.

Sources :

* https://fr.wikipedia.org/

* https://www.hominides.com/

* https://theconversation.com/

* https://www.evolution-outreach.com/

Images

1. le chaînon manquant (sources : histoire-fr.com)

2. source hydrothermale Loki Castle (sources : phenomena.nationalgeographic.com/)

3. le grand arbre de la Vie par Ernst Hackel 1873 (sources : fr.wikipedia.org)

4. la (fausse) filiation de l'Homme (sources : hominides.com)

5. crâne de l'homme de Piltdown (sources : linternaute.com)

6. de nombreux hominidés ont longtemps cohabité (sources : Elisabeth Daynès, photo Philippe Plailly/Eurelios in hominides.com) 

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

   Les observations de notre Univers à partir de notre petite planète ont une limite : celle de nos instruments. Il est, par exemple, rigoureusement impossible d’observer (du moins avec nos outils actuels) au-delà de l’horizon indépassable de 380 000 ans après le Big bang, date d’apparition de la lumière.

   Néanmoins, les progrès dans l’observation des confins de l’Univers ont été foudroyants ces quelques dernières années, notamment grâce au télescope spatial Hubble, à présent d’ailleurs presque exclusivement consacré à l’études des horizons lointains : nous l’avons déjà évoqué en 2010 (voir : les premières galaxies) et il s’agissait alors de ce que l’on appelait le Hubble Deep Field. Depuis, les observations se sont encore affinées, notamment grâce à des artifices techniques que nous évoquerons, et on parle à présent du « Hubble Frontier Fields » : les « espaces profonds » étudiés il y a cinq ans sont devenus les « espaces frontières »  !

Le télescope Hubble est toujours là  !

   Lorsqu’il fut lancé au début des années 1990, Hubble fut une considérable avancée : bien que l’engin soit équipé d’un relatif

petit miroir (2,40 m tout de même), sa position dans un espace dénué de la moindre turbulence, permit d’obtenir des images que les plus impétueux des astronomes n’auraient jamais imaginé contempler. Les découvertes s’enchaînèrent et, oui, on peut dire qu’il y a eu un avant et un après Hubble (voir le sujet : le télescope spatial Hubble).

   Les années passèrent et, peu à peu, l’avance technologique considérable que représentait le télescope spatial fut rattrapée par les télescopes construits sur Terre. Les contraintes de la technologie spatiale obligeant à n’emporter dans l’espace que des instruments de taille modeste, il est, de ce fait, impossible de rivaliser avec les télescopes terriens géants qui sont de véritables laboratoires qu’on peut même parfois relier entre eux.

Et voilà que le seul vrai avantage qui restait à Hubble , l’observation dans un milieu sans turbulences, a été anéanti il y a quelques années par l’informatique embarquée sur ses rivaux à Terre, capable de corriger les turbulences de l’air en temps réel… En conséquence, les scientifiques ont orienté l’activité de Hubble sur des travaux où il reste encore le plus performant : l’observation des confins de l’Univers visible d’où l’aventure du Hubble Frontier Fields.

L’observation des champs célestes profonds

   Dans l’espace, bien qu’aucune turbulence ne vienne troubler l’observation et que le noir profond du cosmos soit ici un élément majeur, il n’en reste pas moins qu’il est difficile de capter l’image d’astres si lointains et dont la lumière est si faible que l’observateur ne reçoit que quelques rares photons. Chaque photographe amateur le sait : lorsque la lumière est vraiment faible, un moyen d’obtenir quand même une bonne image est d’augmenter le temps de pose. Et c’est bien ce que les scientifiques ont demandé à Hubble : des temps de pose si longs qu’il peuvent atteindre jusqu’à… six semaines  ! Seul Hubble est capable d’une telle prouesse accompagnée d’un vrai résultat. Mais ce n’est pas tout.

   Le programme Hubble Frontier Fields consiste donc en l’observation à long temps de pose de six amas de galaxies lointains. Toutefois, les scientifiques de le NASA ont eu recours à un autre artifice bien spécial pour augmenter la précision des images : l’utilisation d’une loupe gravitationnelle naturelle.

   Une lentille (ou loupe) gravitationnelle est un phénomène naturel parfaitement prévu par la théorie de la relativité générale. L’idée en est la suivante : lorsqu’une masse très

importante se trouve concentrée en un endroit précis de l’espace, elle déforme celui-ci en le courbant. Tout objet

est susceptible d’obtenir ce résultat, le Soleil par exemple, mais pour que cela soit suffisamment perceptible, il faut bien sûr un objet massif. Suivant l’importance de l’objet, presque toujours un amas de galaxies, la courbure de l’espace sera plus ou moins importante et la lentille gravitationnelle efficace; il faut donc choisir des masses énormes (plusieurs millions de milliards de masses solaires), seules à même de permettre un grossissement de 10 voire 50 fois des images. Dans le cas du Hubble Frontier Fields, il ne s’agit, bien sûr, que d’étudier un minuscule endroit très particulier de l’Univers, celui où se trouve une lentille gravitationnelle, mais cela permet au miroir de Hubble de voir son diamètre multiplié virtuellement jusqu’à 20 fois  !

   Bien entendu, les images obtenues devront être retravaillées car leur aspect primitif est celui d’objets fortement déformés voire multipliés par la loupe, un peu comme la vision d’une pièce d’habitation qu’on regarderait à travers le fond d’une bouteille. Il n’empêche : l’amplification de la lumière par la loupe permet d’apercevoir des objets autrement totalement hors de portée du télescope. Cette « mission » Hubble Frontier Fields est prévue pour durer trois ans et ce sont les premières images étonnantes de ces espaces lointains qui sont actuellement diffusés par la NASA. Ajoutons qu’il est prévu de coupler Hubble à d’autres télescopes spatiaux tels Chandra (rayons X) et Spitzer (infrarouge) pour cerner mieux encore l’évolution de ces galaxies et notamment le rôle des trous noirs dans le phénomène.

D’extraordinaires images des confins de l’Univers

   Les scientifiques ont notamment choisi un groupe de plusieurs centaines de galaxies appelé Abell 2744 situé à environ 3,5 milliards d’années lumière de nous. La courbure de l’espace et du trajet de la lumière par cet ensemble agit, on vient de le voir, comme une espèce de lentille grossissante pour tout ce qui se trouve au-delà et c’est ainsi que Hubble a pu photographier près de 3000 galaxies situées jusqu’à 13,2 milliards d’années-lumière (dont l’image nous parvient donc comme elle l’était il y a 13,2 milliards d’années). L’Univers ayant, selon les plus récentes observation du satellite Planck, un âge de 13,8 milliards d’années, cela signifie que Hubble a pris des photos de galaxies telles qu’elles existaient seulement 600 millions d’années après le Big bang. En d’autres termes, Hubble a pu photographier certaines galaxies si anciennes qu’elle furent probablement les première à s’être créées.

   Les photos prises par Hubble de ces débuts sont tout à fait conformes à ce qu’en attendaient les astronomes ; à cette époque, l’Univers sortait à peine de la soupe brûlante du Big bang et on n’est donc pas étonné d’observer de petites galaxies, ultracompactes et donc très brillantes. Les étoiles qui les composent font partie des premières générations et leur halo bleuté y est dominant. Certaines d’entre elles sont probablement encore des étoiles primordiales.

   À titre d’illustration, citons la toute jeune galaxie Abell 2744 Y1 qui, bien que 30 fois plus petite que la Voie lactée, produit 10 fois plus d’étoiles qu’elle. Il est vrai que cette galaxie est vue comme elle se présentait il y a 13,2 milliards d’années et que son image actuelle doit être bien différente…

L’étude n’en est qu’à ses débuts

   Le projet Hubble Frontier Fields n’en est qu’à son début puisqu’il va se poursuivre plusieurs années encore. Pour le moment, comme on l’a déjà dit, Hubble s’est essentiellement occupé de l’un des six amas à étudier, à savoir Abell 2744, mais les autres sont prévus dans les mois à venir et ils apporteront certainement des surprises car, outre l’étude de la structure de l’Univers à ses débuts et l’aspect des premières galaxies, d’autres observations sont prévues comme, par exemple, l’étude de la répartition de la matière noire dont la NASA vient de communiquer les premières photos.

   Cette étude concerne en l’occurrence un autre amas de galaxies sobrement intitulé MACSJ0416.1-2403.

Il s’agit du deuxième amas dont l’étude est prévue dans le projet et, lui aussi, est gigantesque puisqu’il « pèse » 160 000 milliards de fois plus que le Soleil. Ici également, c’est le principe de lentille gravitationnelle qui a permis de tracer la carte de la matière noire de cet ensemble… D’après les spécialistes, c’est la première fois que l’on obtient des mesures aussi précises sur ce sujet (voir photo ci-jointe).

   Pour les puristes, précisons que les quatre derniers amas à étudier sont respectivement : MACS J0717.5+3745 ; MACS J1149.5+2223 ; Abell S1063 et Abell 370. C’est dire qu’on peut s’attendre à de nouveaux superbes clichés de ces espaces lointains.

   Le projet Hubble Frontier Fields paraît particulièrement digne d’intérêt pour plusieurs raisons. D’abord parce qu’il nous donne des illustrations d’objets et d’endroits qui sont à la toute extrême limite de ce que l’Homme peut observer. Ces contrées situées à plus de 13 milliards d’années-lumière de nous, n’existent certainement plus en l’état puisque l’image qu’on en voit aujourd’hui date de plus de 13 milliards d’années, une durée que l’esprit humain est par ailleurs incapable d’intégrer vraiment. C’est la raison pour laquelle ces images sont si précieuses puisqu’elles nous montrent un Univers au temps de sa toute jeunesse. Un moyen donc de peut-être pouvoir comprendre comment tout a commencé. Ajoutons que, en raison de l’expansion de l’Univers, ces espaces-frontière s’éloignent de nous à une vitesse de plus en plus grande et que, plus le temps passe, moins ils seront accessibles à l’observation. Si l’expansion de l’Univers ne s’inverse pas, dans quelques millions d’années ne seront plus visibles que les quelques galaxies de notre groupe local et les lointains observateurs de ce temps-là n’auront plus aucun moyen de comprendre la structure de l’Univers…

   Une autre raison pour s’intéresser à ce projet de la NASA est de constater que l’intelligence humaine est parfois remarquable. En effet, alors que les plus puissants instruments que nous avons en notre possession ont montré leurs limites, les scientifiques arrivent encore à faire progresser leurs capacités d’observation en utilisant certains artifices naturels, comme ici la courbure de l’espace démontrée jadis par Einstein, moyen élégant de contourner certaines  limites physiques.

   On attend la suite avec impatience  !

N.B. (avril 2023) : cet article a été rédigé il y a quelques années et, on le sait, l'évolution scientifique est parfois ultra-rapide. Sans rien enlever à ce qui a été écrit pour Hubble, il convient de préciser que le lancement fin 2021 du télescope spatial James Webb (qui officie dans l'infrarouge et peut ainsi "percer" nombre d'obstacles de poussière et de gaz) a rebattu les cartes : ses premières images sont remarquables, tout comme son étude des champs profonds qui vient compléter ce que Hubble nous avait déjà montré. On comprend ainsi que les deux instruments sont complémentaires et, comme cela est écrit plus haut, on attend donc la suite avec impatience !

Sources :

1. Wikipedia France

. Science et Vie (www.scienceetvie.com)

3. übergizmo (fr.ubergizmo.com)

4. observatoire Midi-Pyrénées (www.obs-mip.fr)

5. laboratoire d’astrophysique de Marseille (www.lam.fr/)

6. www.gurumed.org

7. Mikulski Archives For Space Telescopes (https:archive.stsci.edu/)

Images :

1. l’amas Abell 2744 du projet HubbleFrontier Fields (sources : www.nasa.gov)

2. télescope spatial Hubble (sources : hubblesite.org)

3. télescope européen E-ELT (sources : irfu.cea.fr)

4. lentille gravitationnelle (sources : Wikipedia-France)

5. l'amas Abell 2744 (sources : www.gurumed.org)

6. matière noire dans l'amas MACSJ0416.1-2403 (sources : www.lam.fr)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

Mots-clés : Hubble Deep Field (en anglais) - Hubble Frontier Fields - loupe gravitationnelle - télescope Chandra - télescope Spitzer - matière noire

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

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1. le télescope spatial Hubble

2. les premières galaxies

3. juste après le Big bang

4. les étoiles primordiales

5. l'expansion de l'Univers

6. les galaxies

7. premières photos du télescope spatial James Webb

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mise à jour : 19 mars 2023

   C’est en Afrique, on le sait, que l’immense majorité des scientifiques situe l’apparition des lignées d’hominidés qui conduiront, des millions d’années plus tard, à homo sapiens, l’homme dit moderne. Deux territoires africains sont particulièrement célèbres en raison des découvertes qui y ont été faites : la vallée du rift, à l’est, où de nombreux australopithèques ont été mis au jour (voir le sujet : East Side Story, la trop belle histoire)

et l’Afrique du sud, notamment dans la région environnant Johannesburg où se trouve, à 50 km  au nord-ouest de la

ville, un endroit baptisé « the cradle of humankind » (le berceau de l’humanité) tant les squelettes de préhumains y sont nombreux. C’est là qu’il y a un peu moins de deux ans (en novembre 2013) une intéressante découverte a été faite, une découverte qui pourrait rebattre les cartes de la généalogie humaine.

La découverte d’homo naledi

   Le site dit du « berceau de l’humanité », en Afrique du sud, est exploré depuis longtemps et on y a trouvé nombre de fossiles majeurs pour l’histoire de l’Homme. Il y a environ deux ans, l’attention du paléontologue sud-africain Lee Berger (de l’université de Witwatersrand) est attirée par deux de ses jeunes collègues sur l’existence d’une petite grotte très difficile d’accès baptisée « naledi » (naledi veut dire étoile en sesotho, une langue bantoue locale). Ils expliquent que la grotte est située à près de 30 m de profondeur et que, pour y accéder, il faut effectuer une reptation d’environ 100 m dans un tunnel seulement praticable par des individus très minces. En effet, eux-mêmes pourtant peu corpulents, ne purent progresser que de façon extraordinairement périlleuse, un bras collé le long du corps, l’autre lancé devant, avant d’aboutir à une paroi où ils découvrirent par hasard une fissure qui les mena jusque dans une cavité jonchée de débris osseux. Une exploration plus complète est mise en place. On décide de choisir des femmes paléontologues à la silhouette particulièrement fine tandis que le reste de l’équipe resté en surface suit et dirige les fouilles à l’aide d’un système vidéo. A l’issue de ce qui reste néanmoins une quasi-performance sportive, les scientifiques débouchent sur une cavité dans laquelle se trouvent, relativement bien ordonnés, environ 1500 débris de squelettes permettant de reconstituer des corps entiers de tous âges et des deux sexes : un véritable trésor d’archéologie préhistorique !

   Les chercheurs sont alors certains de deux choses :

1. il ne s’agit pas de morceaux de squelettes apportés par une quelconque voie d’eau, siphon ou rivière souterraine car, à l’exception d’une souris et de quelques oiseaux, il n’y a pas de débris autres que ceux de ces hominidés et, de plus, les squelettes sont bien en place ;

 2. ce n’est pas non plus le repaire d’un quelconque prédateur car il est situé trop profondément et surtout il ne présente aucune trace d’occupation animale ni de morsures sur les squelettes.

   Comme on n’a pas trouvé d’autre ouverture à cette grotte souterraine qui n’a de plus jamais été en contact direct avec la surface,  on en arrive à se demander s’il ne s’agirait pas d’une sorte de chambre funéraire ; jusqu’à présent toutefois, les plus anciennes sépultures ont été attribuées à Sapiens et à Néandertal et elles datent de moins de 100 000 ans : on a donc du mal à croire que des préhumains aient pu progresser dans l’obscurité, tout au de long de ce boyau resserré, pour venir déposer là les dépouilles d’une quinzaine d’individus de tous âges (il y a des vieillards et des bébés) dans une sorte de mission initiatique. L’étude des squelettes peut-elle en apprendre plus ?

Principales caractéristiques d’homo naledi

   Il faut tout d’abord rappeler la découverte, quelques années plus tôt, par ce même Lee Berger, dans une grotte située

également en Afrique du sud, de deux squelettes fort bien conservés d’un hominidé qu’il aurait souhaité faire reconnaître comme appartenant au genre homo : la communauté scientifique décida finalement qu’il s’agissait d’une nouvelle espèce d’australopithèque, aux caractéristiques probablement les plus proches du genre humain jamais découvertes, finalement appelée australopithecus sediba. Le scientifique voudrait-il rééditer cette démarche d’identification avec Naledi ?

   Il est également nécessaire de revenir sur une notion essentielle (d’ailleurs déjà traitée à plusieurs reprises sur ce blog, par exemple, avec le sujet : le dernier ancêtre commun) : longtemps, les scientifiques ont cherché « le maillon manquant » précurseur de l’Homme. Ils avaient en effet du mal à comprendre comment on pouvait exhumer nombre de fossiles de préhumains sans avoir jamais mis au jour celui de l’ancêtre direct de l’homme moderne. On sait aujourd’hui que ce précurseur d’homo sapiens n’a probablement jamais existé : l’homme moderne a hérité de caractéristiques diverses provenant de multiples préhumains ce qui en fait, comme beaucoup d’autres, une espèce « composite »… Nombre de ceux qui « donnèrent » à cet homme moderne certaines de ses caractéristiques arpentèrent durant longtemps et en même temps les steppes et savanes africaines avant de disparaître au profit de ce seul homo sapiens (que ce dernier soit responsable de ces disparitions est une autre histoire !). Très bien mais où se situe Naledi dans tout ça ?

   D’une taille d’environ 1m50 pour un poids moyen de 45 kg, Naledi présente certains caractères qui le rapprochent d’homo sapiens alors que d’autres font plutôt penser à un australopithèque ; en faveur du genre homo, les scientifiques font valoir :

* une main plutôt moderne évoquant une capacité probable à manier des outils mais aux doigts restant très incurvés soulignant une évidente facilité pour grimper aux arbres ;

* des pieds qu’il « paraît presque impossible de distinguer des

pieds d’homme moderne » (dixit les découvreurs) et cela démontre que Naledi était non seulement capable de se tenir debout mais également de le faire durant longtemps laissant supposer que cette position debout n’était pas chez lui accidentelle. Rappelons, toutefois, que la bipédie n’est pas toujours ce que l’on croit et notamment pas le seul apanage de l’homme : elle a peut-être même précédé la quadrupédie ;

* ses dents, petites et fines, ne plaident pas pour une alimentation composée de végétaux car pour en broyer les fibres il faut plutôt des dents larges et puissantes : on pense donc à une alimentation omnivore, relativement énergétique et donc plutôt moderne.

   En revanche, le crâne de Naledi est de très petite taille tandis que le haut de son corps rappelle celui des australopithèques. De ce fait, on peut hésiter entre plusieurs possibilités : être en présence d’un australopithèque « tardif », d’une forme intermédiaire précurseur du genre homo ou même d’un homo archaïque. C’est certainement cette dernière hypothèse que privilégia Lee Berger et les paléontologues sud-africains puisqu’ils donnèrent à leur découverte le nom d’homo naledi.

   Reste une grande inconnue : l’âge de ces squelettes dont on rappelle qu’ils ont été trouvés « à même le sol » sans la présence de ces couches sédimentaires contenant de nombreux débris permettant les datations pratiquement « à l’œil nu » : cette fois, il faudra attendre des analyses plus fines et, d’après les spécialistes concernés, il est possible qu’elles identifient des spécimens vieux de 2 à 3 millions d’années… ou seulement de 10 000 ans ! On comprend que tant d’incertitudes ajoutées au caractère étrangement « médiatisé » de la découverte elle-même aient poussé les uns et les autres à adopter des positions assez tranchées …

Les avis sont partagés

  Dès la publication de la découverte (dans une revue scientifique certes honorable mais à diffusion limitée) par un paléontologue relativement habitué à des coups d’éclat, une polémique est apparue qui ne s’apaisera – peut-être - que lors de l’annonce des datations.

  Pour les découvreurs, cela ne fait aucun doute, Naledi appartient pleinement au genre homo, notamment en raison des extrémités de ses membres plutôt modernes même si le volume de son cerveau semble le rapprocher des australopithèques.

   Ce n’est pas l’avis d’Yves Coppens (1934-2022), le découvreur de Lucy, qui penche, avec nombre d’autres paléontologues, pour la découverte d’un australopithèque de plus, la petitesse de son cerveau ne pouvant en aucun cas correspondre à un représentant de la lignée

des homo. Mais alors, s’il s’agit d’un fossile à ce point ancien, comment expliquer l’amorce d’orientation mystique que semble évoquer la découverte de tous ces corps en un même endroit quasi inaccessible ? Pour Coppens, il s’agit là aussi d’une interprétation erronée : avant Sapiens et, dans une moindre mesure, Néandertal, jamais les hominidés antérieurs n’ont été connus pour enterrer leurs morts, voire même simplement les disposer à part pour les soustraire à l’emprise des charognards. C’est a fortiori le cas des australopithèques : il s’agit donc ici probablement d’un piège naturel dans lequel ont chuté les différents individus.

   La datation des ossements permettra bien sûr d’y voir plus clair. Toutefois, nouvel australopithèque ayant vécu il y a 2 ou 3 millions d’années ou homo plus ou moins archaïque et donc plus récent, la découverte de Naledi montre une fois de plus le formidable développement de la lignée humaine que, bien plus qu’une simple progression linéaire, il convient de représenter sous la forme d’un foisonnement buissonnant.

L’ancêtre commun n’a jamais existé

   Les différentes caractéristiques de l’homme moderne, son gros cerveau, son trou occipital centré, son bassin, etc. n’ont pas été transmis par un ancêtre commun qui aurait été simplement un tout petit peu plus « archaïque ». La forme actuelle d’homo sapiens résulte d’acquis réalisés au cours des âges par divers  préhumains : le trou occipital centré permettant la station debout et les petites canines pour une alimentation plus énergétique datent de – 7 millions d’années (MA) ; les gros genoux pour l’endurance et la course sont apparus aux environs de - 4 MA tandis que le pied arqué et les orteils courts datent de – 3,7 MA. Vers – 3,3 MA, c’est l’apparition d’un pouce long permettant une meilleure préhension tandis que, à peu près au même moment, le bassin devient court et large permettant, entre autres, un accouchement en position allongé, voire assis. La torsion de l’humérus date de – 2 MA, les longues jambes pour la course et l’élargissement de la tête fémorale (meilleure assise) de 1,9 MA. Enfin, c’est il y a environ 1 MA que le cerveau acquiert à peu près son volume actuel.

   Ces acquisitions progressives au fil des millions d’années expliquent pourquoi il ne peut y avoir un seul ancêtre à homo sapiens. De nombreux préhumains se sont croisés, affichant ici tel caractère, là tel autre, cet attribut étant gardé par l’Evolution en raison de son intérêt pour l’espèce (avantage évolutif), celui-là étant finalement écarté. C’est la raison pour laquelle il n’est pas facile de dresser une généalogie rapprochée de Sapiens, en fait une généalogie sans cesse en mouvement, sans cesse remaniée en fonction des découvertes paléontologiques et de l’étude détaillée des fossiles.

  Homo (ou australopithécus) naledi est probablement contemporain des homo ergaster, abilis et erectus et il est peut-être même une forme archaïque de ce dernier… mais seules les datations pourront nous le confirmer. Toutefois, s’il est aussi âgé que ça, il est alors très peu probable que la cavité où ont été retrouvés ses restes aient quelque rapport de près ou de loin avec une quelconque religiosité. À moins de remettre en cause tout ce que nous savons de la paléoethnologie : une éventualité assez invraisemblable  !

Sources :

• Valeurs Actuelles, 2015, 24 septembre, n° 4113
• https://fr.wikipedia.org/wiki/Homo_naledi
• http://www.lemonde.fr/paleontologie/article/2015/09/10/homo-neladi-un-mysterieux-cousin-d-afrique-du-sud_4751937_1650762.html
• http://www.sciencesetavenir.fr/archeo-paleo/paleontologie/20150910.OBS5634/homo-naledi-nouvelle-star-de-l-espece-humaine.html
• http://www.futura-sciences.com/magazines/terre/infos/actu/d/paleontologie-homo-naledi-nouvel-hominine-divise-paleontologues-59711/

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Nota 1 : au temps de Denisova et Neandertal vivait aussi... Homo naledi

   Depuis sa découverte en 2015 , Homo naledi reste un mystère. "Il présente à la fois des caractères primitifs et dérivés de la lignée humaine. Il peut bouleverser la paléoanthropologie" assure John Hawks, de l'université du Wisconsin. Et voilà que des chercheurs viennent de dater ces fossiles entre 335 000 et 236 000 ans. Mais Naledi, relique du genre homo, aurait pu survivre plus d'un million d'années et être contemporain de Neandertal, de Denisova, des ancêtres de Florès et des précurseurs d'Homo sapiens. Cinq espèces humaines, au moins, cohabitaient donc sur Terre il y a 300 000 ans.

(Science & Vie, 1198, 19, juillet 2017)

Nota 2 : Homo naledi, le grimpeur qui n'était plus un singe

    On fait le point sur Homo naledi en 2021 qui est à présent classé comme homo par la majorité des paléontologues. Lire l'article de Jean-Luc Voisin paru dans le numéro 524 de "pour la Science" en cliquant ICI

Nota 3 : un homo bien singulier

   Dans ce vaste réseau karstique proche de Johannesburg (Rising Star, Afrique du Sud), les découvertes surprenantes s'accumulent depuis 2015. De très nombreux restes osseux permettent d'identifier une nouvelle paléo-espèce, Homo naledi, dont l'anatomie affiche des traits inattendus (petite boîte crânienne, aptitude au grimper) étant donné l'âge moyen de 300 000 ans calculé au moyen du croisement de six méthodes. À ces témoignages flagrants d'une évolution en mosaïque des humanités passées s'ajoute la probabilité de pratiques funéraires très anciennes, vu l'amoncellement des corps dans deux galeries souterraines très difficilement accessibles.

Revue l'Histoire, n° 216, octobre-décembre 2023)

Images :

1. homo naledi (sources : John Hawks / Wits University / AFP) 

2. « berceau de l’Humanité » en Afrique du Sud (sources : wilrotours.co.za)

3. paysage typique près de Johannesburg (sources : willingfoot.com)

4. A. sediba a maintenant son portrait au muséum de Londres (sources : maxisciences.com)

5. homo naledi (sources : youtube.com)

6. crâne de homo naledi (sources : cnn.com)

7. généalogie sapiens (www.sceptiques.qc.ca)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

Mots-clés : vallée du Rift - cradle of human kind - Lee Berger -  chambre funéraire - australopithecus sediba - bipédie - Yves Coppens - Homo naledi (dernières données)

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

Sujets apparentés sur le blog

1. la bipédie, condition de l'intelligence ?

2. le dernier ancêtre commun

3. East Side Story, la trop belle histoire

4. Néanderthal et Sapiens, une quête de la spiritualité

5. les humains du paléolithique

6. l'apparition de la conscience

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