Dans les ciels d’avant la révolution industrielle, loin des fumées et des pollutions lumineuses d’aujourd’hui, pour peu que la nuit ait été dégagée, seules quelques nappes de brouillard en hiver ou une brume de chaleur en été pouvaient empêcher de contempler l’infini. Il suffisait de marcher quelques dizaines de mètres pour s’éloigner des villes ou des villages afin de se confronter à cet univers à la fois si proche et si lointain.

     Nombre d’objets étaient alors accessibles à l’œil humain : les étoiles et les planètes bien sûr, les premières se différenciant des secondes par leur scintillement et leur apparente immobilité entre elles. Une comète, de temps à autre, venait ajouter à ce bel équilibre son panache lumineux, porteur ici-bas d’interprétations diverses. Des nébulosités étranges que l’on ne savait pas encore décrypter complétaient ce tableau féérique, ponctué à certaines périodes de l’année par des essaims de météorites qu’on appelait étoiles filantes. Parfois, mais rarement, des intrus venaient se mêler à ce spectacle si connu parce qu’observé tant de fois au fil des saisons : des étoiles nouvelles. Ces apparitions fort inattendues étaient effectivement bien des étoiles – leur scintillement le prouvait – mais ces astres souvent très lumineux au point d’éclipser leurs compagnes éphémères ne vivaient que peu de temps, quelques semaines voire quelques mois au plus. On les appela novas.

     La chronique a retenu l’apparition de quelques unes de ces novas, souvent corrélées à un événement important de notre histoire afin d’en tirer une signification magique. Ainsi, en 1006, les astronomes du monde d’alors, Européens, Japonais, Chinois, Egyptiens, Irakiens, d’autres peut-être encore, mentionnèrent l’apparition d’une étoile nouvelle, probablement la plus brillante observée durant les temps historiques : l’astre resta visible près d’un an et les écrits mentionnent que son éclat était si intense que, mis à part le Soleil, c’était la seule étoile capable de produire des ombres à la surface de la Terre. Quelques années plus tard, en 1054, une autre nova défraya la chronique, surtout en Extrême-Orient, où elle fut observée pendant près de deux ans, restant durant trois semaines visible en plein jour, tandis que ses restes, la nébuleuse dite du Crabe, ne furent identifiés par les Européens qu’au XVIIIème siècle.

     Ces « étoiles nouvelles »  sont rares : les statistiques nous disent qu’elles ne sont que deux ou trois par siècle dans la Voie lactée… Toutefois, depuis qu’existent les instruments de l’époque moderne, aucune nova n’y a été repérée, les seules récemment visibles appartenant à des galaxies extérieures ! Alors que sont au juste ces astres fugaces ?

Novas

     Il convient de bien saisir avant toutes choses que novas et supernovas sont de nature très différente et qu’elles ne doivent donc pas être confondues. Presque toujours, les astres décrits dans les temps historiques comme étant des novas sont en réalité des supernovas, des entités sur lesquelles nous reviendrons secondairement.

     Une nova, quant à elle, est une étoile qui, brutalement, voit son éclat extraordinairement amplifié, parfois jusqu’à dix fois sa valeur de base, avant, au bout de quelques jours, de revenir à sa brillance initiale. Il s’agit, en réalité, non pas d’une étoile mais d’un système binaire (voir le sujet : étoiles doubles et systèmes multiples) qui, à un moment de son existence, se trouve déséquilibré : on a le plus souvent affaire à un vieux système stellaire associant une naine blanche à sa compagne devenue une géante rouge (voir le sujet : mort d’une étoile). Cette dernière en gonflant démesurément va perdre une partie de sa masse au profit de la naine blanche qui la capte en formant autour d’elle un disque d’accrétion finissant par tomber à sa surface. Les gaz provenant de la géante rouge sont surtout de l’hydrogène et de l’hélium et la naine blanche, en raison de son énorme gravité, va les écraser. Ces gaz sont alors portés à des températures extrêmes au point, la masse critique une fois atteinte, d’entraîner une explosion thermonucléaire par transformation de l’hélium en métaux plus lourds : les gaz de surface sont alors projetés dans le vide, l’énergie libérée entraînant un éclat intense mais qui dure peu. Le phénomène se reproduira tant que la géante rouge aura des matières à fournir à la naine blanche (il arrive que, sous la violence du choc, la naine blanche explose mettant ainsi fin au processus).

     On connaît des novas qui ont déjà vécu plusieurs explosions successives toutes marquées par l’augmentation temporaire de leur éclat (cas, par exemple, de RS Ophiuchi qui a subi six « éruptions » depuis un peu plus de cent ans). A chaque fois qu’une explosion se produit, là où il n’y avait jusqu’alors rien dans le ciel, apparaît un astre nouveau, une nova, dont l’existence sera extrêmement brève. Les astronomes connaissent bien ce type d’objets mais ces novas, finalement pas assez intenses compte tenu de l’éloignement, ne sont pas celles que virent les anciens des siècles passés : il s’agissait presque toujours d’un autre type de phénomènes liés à ce qu’on appelle des supernovas.

Supernovas

     Effectivement, ce sont bien des supernovas que les anciens ont observé dans le passé car l’énergie dissipée par le phénomène est bien plus grande que les " simples novas " dont nous venons de discuter. Le rayonnement énergétique d’une supernova – et donc la brillance – est tel qu’il peut égaler celui d’une galaxie entière (qui, rappelons-le, renferme environ 200 milliards d’étoiles). C’est la raison pour laquelle on peut observer la « nouvelle étoile » en plein jour, même s’il s’agit d’une supernova ayant explosé dans une galaxie proche (comme, par exemple, la galaxie d’Andromède) pourtant séparée de la Voie lactée par des millions d’années-lumière. Quel peut donc être le phénomène qui conduit à une telle débauche d’énergie pendant des mois ?

     Il existe deux mécanismes différents :

* l’un correspond à ce que nous avons évoqué plus haut en parlant des simples novas : parfois, lorsque, dans un couple stellaire, le cadavre d’étoile qu’est une naine blanche « attrape » trop de matière provenant de son compagnon, il finit par exploser : on parle alors de supernova thermonucléaire (ou de type I);

* l’autre processus est bien différent : ici, pas de système binaire mais une énorme étoile en fin de vie, un astre dont la masse est supérieure à au moins huit masses solaires : nous avons déjà évoqué ce phénomène dans le sujet : mort d’une étoile. On parlera ici de supernova par effondrement de cœur (ou de type II).

     Voyons cela d’un peu plus près.

Processus conduisant à la formation des supernovas

          * supernovas de type thermonucléaire

     On a donc affaire à une naine blanche, dernier stade évolutif d’une étoile de masse inférieure à huit masses solaires (la grande majorité) qui, normalement, s’éteint progressivement pendant des milliards d’années jusqu’à devenir une naine noire, simple conglomérat de matière inerte. Toutefois, plus d’une fois sur deux, ce reste d’étoile fait partie d’un système multiple comprenant une autre étoile également en fin de vie mais à un stade moins avancé comme une géante rouge. L’expansion de cette géante, on l’a dit, provoque l’attraction de matière sur la naine d’où les phénomènes de simple nova. Toutefois, il arrive que la naine attire finalement trop de matière (on parle alors de limite de Chandrasekhar) et la pression interne de celle-ci devient trop faible pour contrebalancer sa gravité propre : la naine s’effondre sur elle-même entraînant l’allumage des atomes de carbone et d’oxygène qui la composent. A la différence des étoiles en cours de vie, la naine ne peut pas se dilater : les réactions de fusion s’amplifient et tout se termine dans une gigantesque explosion thermonucléaire, l’énergie alors libérée expliquant la soudaine luminosité.

          * supernovas à effondrement de cœur

     On l’a déjà évoqué par ailleurs, une étoile dont la masse est supérieure à huit masses solaires va terminer sa vie en étoile à neutrons. Ces étoiles, à la différence de leurs sœurs moins massives (comme le Soleil) qui meurent lorsqu’elles ont épuisé leur réserve d’hélium, sont le lieu de réactions plus complexes. Du fait de leur masse énorme, de nouvelles réactions nucléaires sont présentes chez elles qui conduisent en fin de cycle à la création d’atomes de fer, atomes très stables et incapables de fusionner. Ce cœur de fer ne peut que s’effondrer sur lui-même dans ce qu’on appelle une pression de dégénérescence pour aboutir à la formation de neutrons (d’où le nom d’étoiles à neutrons). Dans le même temps, les couches extérieures de l’étoile s’effondrent aussi et vont rebondir sur le noyau de fer incompressible. Le résultat ? Une terrible onde de choc qui va souffler l’enveloppe de l’étoile et l’expulser dans le vide à des vitesses considérables (plusieurs milliers de km par seconde). Cette extraordinaire débauche d’énergie fait briller l’étoile comme des milliards de soleils… Une fois l’intense luminosité passée, on ne voit plus, à l’endroit de l’explosion, que les restes en expansion rapide des couches externes de l’étoile : on parle alors de « rémanent de la supernova ». Ce sont ces restes que nos télescopes peuvent voir sous la forme de la nébuleuse du Crabe, derniers vestiges de la supernova de 1054.

          * hypernovas

     Les étoiles hypermassives (30 à 40 masses solaires) peuvent terminer leur vie en hypernova, c'est-à-dire se transformer directement en trous noirs : il s’agit là d’un phénomène encore hypothétique mais susceptible d’expliquer les sursauts gamma, ces explosions soudaines d’énergie figurant parmi les plus fortes de l’Univers.

Les novas, marqueurs de notre imaginaire

     Les apparitions soudaines de ces étoiles nouvelles ont profondément marqué l’imaginaire de nos ancêtres qui y voyaient une manifestation divine pour certains ou le présage annonciateur de catastrophes pour d’autres. Dans tous les cas, on craignait ces transformations inattendues du ciel. Et si les principales observations de tels phénomènes proviennent de l’Orient, c’est que, sous nos latitudes, jusqu’à la révolution copernicienne, on estimait que, selon les Ecritures, le ciel ne pouvait être  qu’immuable (voir le sujet : la Terre, centre du Monde). Rien ne devait bouger dans l’Univers supralunaire…

     Il s’agit pourtant de phénomènes parfaitement explicables et même nécessaires puisque la mort de ces étoiles massives permet l’ensemencement des galaxies en atomes lourds qui n’existaient évidemment pas avec la première génération d’étoiles, celles qu’on appelle « primordiales ». On pense même que notre propre système solaire a pu « s’allumer » à la suite de l’explosion d’une supernova proche… Quoi qu’il en soit, il est certain que sans ces astres du temps jadis le Soleil et son système planétaire ne seraient certainement pas ce qu’ils sont : un endroit propice à la Vie.

Images

1. ciel nocturne sur Flagstaff, Arizona (sources : apod.nasa.gov)

2. supernova 1994D dans la galaxie NGC5426 (sources : www.pixheaven.net)

3. nébuleuse du crabe (sources :  amicaldauphin.spaces.live.com)

4. dessin d'artiste d'un couple stellaire conduisant à une nova (sources : www.futura-sciences.com)

5. supernova 2005df (sources : en.wikipedia.org)

6. mécanisme de formation d'une supernova de type I (sources : en.wikipedia.org)

7. supernova de type II (sources : whillyard.com)

8. rémanent de la supernova Tycho de 1572 (sources : www.universetoday.com)

   (Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

Mots-clés : nova de 1006 - nova de 1054 (nébuleuse du Crabe) - système stellaire binaire - naine blanche - géante rouge - disque d'accrétion - limite de Chandrasekhar - étoile à neutrons - rémanent de supernova - sursauts gamma - étoiles primordiales

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

Articles connexes sur le blog

* la Terre, centre du Monde

* mort d’une étoile

* étoiles doubles et systèmes multiples

* la mort du système solaire

* les étoiles primordiales

* sursauts gamma

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Mise à jour : 8 mars 2023

     Adolescent, je m’étais quelque peu enthousiasmé à la lecture de l’œuvre monumentale de Cordwainer Smith intitulée les « Seigneurs de l’Instrumentalité ». Cet auteur de science-fiction — aujourd’hui injustement oublié — imaginait entre autres un mode de propulsion interplanétaire assez original : d’immenses vaisseaux pouvant transporter des dizaines de milliers de passagers et mus par des voiles gigantesques activées par la lumière des étoiles… Poétique à défaut d’être réellement praticable (encore que…). Je me souviens de la remarque d’un de mes camarades d’alors : il aurait plutôt dû choisir une propulsion par les rayons cosmiques ! Sauf que ni lui, ni moi ne savions ce qu’étaient vraiment ces entités au nom pourtant alléchant… Aujourd’hui, bien des années plus tard, une grande partie du mystère a enfin été levée mais il aura quand même fallu un siècle d’observations et d’interrogations…

Une observation dérangeante

     La théorie en vigueur au début du XXème siècle était que plus on s’élevait dans l’atmosphère, moins on devait rencontrer d’air ionisé. Rappelons que l’ionisation consiste à modifier la charge d’un atome (ou d’une molécule) en ajoutant ou retranchant un élément, l’atome ainsi modifié étant alors appelé un ion. Jusque là, depuis sa découverte en 1900 par le physicien écossais Charles Wilson, on pensait que l’origine du rayonnement produisant ce phénomène d’ionisation était purement terrestre. Effectivement, il paraissait logique d’attribuer un tel événement aux particules radioactives émises par le sol terrestre, seules susceptibles de « ioniser » d’autres atomes.

     En 1912, alors âgé de 39 ans, le physicien autrichien Victor Franz Hess, embarqué avec ses collaborateurs dans un ballon d’altitude, démontra exactement le contraire, à savoir que le rayonnement ionisé présent dans l’atmosphère terrestre ne peut être que d’origine cosmique. Heiss remarqua en effet que si l’ionisation atmosphérique décroît comme prévu par la théorie jusqu’à l’altitude de 700 m, elle croît à nouveau au-delà. Plus encore, il n’existe alors que peu de différence entre sa concentration diurne et nocturne. Il en déduisit fort logiquement que la provenance du rayonnement responsable de cet état était d’origine cosmique, c’est-à-dire extérieure au système solaire. Oui, mais d’où peut-il bien provenir, ce rayonnement, et quelle en est la nature ? Ces questions, sans cesse débattues, tiendront en haleine les scientifiques plus de cent ans. Aujourd’hui, grâce aux observations du satellite américain Fermi, lancé en 2008 et dédié à l’étude des rayons de haute énergie émis par les corps célestes, on connaît les réponses.

Nature des rayons cosmiques

     Chaque seconde, notre Terre est bombardée par des flots de particules dites de haute énergie tant elles sont accélérées par un phénomène resté jusque là inexpliqué. Quelles sont ces particules ? Eh bien, il s’agit de particules de matière mais de matière subatomique, c'est-à-dire – pour le dire rapidement – des morceaux d’atomes tels que protons, neutrons, électrons et noyaux atomiques (voir le sujet : les constituants de la matière). Pour être plus précis, 90% de ces particules sont des protons, 1 % des électrons et le reste des morceaux d’atomes comme l’hélium, le bore, le lithium, etc. Précisons que ces particules subatomiques ne furent pas reconnues comme telles d’emblée. En effet, bien des scientifiques pensaient qu’il s’agissait non pas de particules mais de rayons lumineux (photons) et il faudra attendre 1930 pour éliminer cette hypothèse en démontrant que le flux de ces mystérieux éléments varie selon l’intensité du champ magnétique terrestre (auquel un photon est par définition insensible puisqu’il n’a pas de masse).

     Ce qui est remarquable, c’est la vitesse gigantesque de ces particules électrisées microscopiques et, par voie de conséquence, l’énergie fantastique qu’elles renferment et qui peut dépasser mille fois l’énergie maximale développée par l’accélérateur de particules du CERN, à Genève, celui-là même qui a récemment mis en évidence le boson de Higgs (voir le sujet). Le phénomène étant permanent et provenant de tous les coins du cosmos, il n’en fallait pas plus pour que les scientifiques se posent la question : quel peut donc être la nature du phénomène cosmique si puissant qui entraîne ce bombardement ?

Un phénomène mystérieux qui a fait avancer la physique fondamentale…

     Lorsque ces particules subatomiques bombardent notre planète, elles se heurtent forcément aux particules de l’atmosphère terrestre et le choc avec elles de ces protons « extraterrestres » voyageant à une vitesse proche de celle de la lumière entraîne des gerbes de particules secondaires. Exactement comme on cherche à le faire dans un accélérateur de particules afin de connaître les constituants intimes de la matière… sauf qu’on est alors plus de 20 ans avant la construction de ces machines ! C’est une aubaine formidable pour les scientifiques de l’époque qui ne s’y trompent pas. Bien sûr, on ne sait pas ce qui provoque ce phénomène mais en l’étudiant attentivement on va mettre en évidence nombre de particules élémentaires (positrons, muons, etc.) ce qui fera considérablement avancer la physique fondamentale… et le nombre des prix Nobel.

…mais dont on ne connaissait pas la source

     Trouver l’origine d’une source de lumière est en définitive assez simple. En effet, les photons voyagent en ligne droite et ils ne sont que peu perturbés par leur environnement. Tout au plus peuvent-ils être occultés par une autre source lumineuse, plus intense ou plus proche. A moins qu’ils ne soient réfléchis ou déviés par un obstacle facile à identifier. C’est tellement vrai que c’est grâce à eux que l’on a pu mettre en évidence la courbure de l’espace et ainsi démontrer de façon catégorique le bien fondé de la théorie de la relativité générale.

     Mais des particules subatomiques, électrisées de surcroit ? Le moindre champ magnétique les fait dévier or, des champs magnétiques divers, ce n’est pas ce qui manque dans et entre les galaxies. Du coup, le petit bombardement que nous subissons quotidiennement provient de partout… et de nulle part : impossible d’en connaître l’origine véritable.

     Dans les années 1935, les astronomes Walter Baade et Fritz Zwicky (celui qui, le premier, a par ailleurs émis l’idée de l’existence d’une matière noire) abordent la question selon l’approche théorique suivante : 1. ces particules sont incroyablement rapides et énergétiques ; 2. Il faut donc un phénomène d’une violence extrême pour les accélérer ainsi or 3. Quels sont les événements les plus violents de l’Univers ? L’explosion des supernovas ! Il faut dire que Zwicky était particulièrement concerné car il reste à ce jour le plus grand découvreur de supernovas (plus de 120), un terme d’ailleurs inventé par lui.

     Une supernova – nous l’avons déjà expliqué dans un sujet précédent – est le stade ultime de la vie d’une étoile géante (entre 8 et 30 masses solaires, voire plus). Ces monstres stellaires – dont la vie comparée à celle des autres étoiles est relativement courte – finissent tous de la même façon. On trouvera une explication plus complète de ces fins de vie apocalyptiques dans le sujet dédié (voir : novas et supernovas). Rappelons néanmoins succinctement de quoi il s’agit : le phénomène  le plus fréquent concerne des étoiles dont la taille est supérieure à huit masses solaires (il existe d’autres sources de supernovas à partir de naines blanches mais ne compliquons pas inutilement le sujet). Ces énormes étoiles commencent donc comme les autres à transformer l’hydrogène en hélium mais, du fait de leur masse gigantesque, les pressions en jeu leur permettent de poursuivre la synthèse d’atomes plus massifs pour aboutir, en fin de cycle, à du fer dont les atomes très stables ne peuvent fusionner. Dès lors, cette masse finit par s’effondrer sur elle-même et aboutit à une sorte de magma de neutrons (d’où leur nom d’étoiles à neutrons). Les masses extérieures de l’étoile, quant à elles, rebondissent sur ce cœur d’acier et sont projetées dans l’espace sous la forme d’une enveloppe stellaire s’étendant à la vitesse de plusieurs milliers de km par seconde dans une débauche d’énergie qui fait briller l’étoile comme des milliards de soleils. Dans certains cas, cette luminosité est si intense qu’elle masque durant quelques temps la lumière de la galaxie où elle se trouve, pourtant composée de centaines de milliards d’étoiles…

     Il s’agit ici d’un des phénomènes les plus violents qui puisse se rencontrer dans l’Univers. Un phénomène qui projette dans l’entourage de l’étoile géante des radiations multiples dont on dit qu’elles seraient capables de détruire toute vie sur des dizaines d’années-lumière de distance. Heureusement, de tels cataclysmes sont en définitive assez rares : depuis que les hommes utilisent des instruments d’observation modernes, aucune supernova n’a été signalée dans la Voie lactée mais seulement dans d’autres galaxies.

     Baade et Zwicky en sont convaincus : ce sont ces explosions gigantesques qui créent les rayons cosmiques… mais butent sur un problème : comment expliquer l’incroyable accélération donnée à ces particules subatomiques qui, répétons-le, voyagent presque à la vitesse de la lumière ?

Une explication théorique est avancée

     Nous sommes en 1970, presque quarante ans après les intuitions de Baade et Zwicky. Les idées ont avancé, notamment en ce qui concerne l’étude des plasmas chauds astrophysiques et thermonucléaires d’origine naturelle (magnétohydrodynamique). Du coup, les équations n’excluent plus formellement les théories des deux astronomes. L’accélération immense des particules cosmiques pourrait se faire à la frontière de l’onde de choc créée par la supernova : en passant et repassant des milliers de fois cette onde de choc, les particules seraient chaque fois accélérées jusqu’à presque atteindre la vitesse de la lumière… L’idée est séduisante mais ce n’est qu’une hypothèse : comment faire pour visualiser de façon certaine le phénomène ?

     Or, on sait depuis les années 1960 une chose très importante : lorsqu’elles rencontrent des atomes interstellaires, certaines de ces molécules cosmiques émettent une lumière très vive sous la forme de photons de haute énergie appelés « rayons gamma ». Ce sont eux que les télescopes vont chercher à capter mais ce n’est qu’en 2004 que la quête se révèle fructueuse grâce à un télescope situé en Namibie (expérience H.E.S.S, d'après le nom du découvreur des rayons cosmiques) : des rayons gamma sont identifiés et ils le sont au voisinage de supernovas. Confirmation quelques années plus tard, en février 2012, par le VLT du Chili qui s’était intéressé plus particulièrement à la supernova SN 1006… A défaut de preuves formelles, les éléments de suspicion s’accumulent…

Supernovas et superbulles

     L’endroit où se désintègre une supernova est appelé par les astronomes superbulle. De quoi s’agit-il ? Nous avons vu que la désintégration d’une supernova passait pas l’expulsion de son enveloppe externe et donc la propagation d’une onde de choc. Il se crée ainsi un espace qui peut s’étendre sur plusieurs dizaines d’années-lumière de large, espace dont les gaz qui y sont présents sont soumis à l’intense lumière ultraviolette de l’étoile agonisante et ainsi portés à des températures inimaginables. C’est dans cette superbulle que les particules cosmiques sont longtemps piégées (des milliers d’années) rebondissant encore et encore jusqu’à presque atteindre la vitesse de la lumière (c’est la raison pour laquelle on dit de ces particules qu’elles sont « relativistes ») avant de s’échapper enfin pour, mus par une vitesse et une énergie colossale pour leur taille, venir s’éclater à l’autre bout de l’Univers sur des particules « naturelles » comme, par exemple, celles de l’atmosphère terrestre.

     Ces fameux rayons gamma ne sont pas si faciles à mettre en évidence, en tout cas à partir d’un observatoire terrestre car ils sont presque tous arrêtés par les couches supérieures de l'atmosphère de notre planète. C’est pour cela que les scientifiques ont mis beaucoup d’espoirs dans des études « hors atmosphère terrestre ». Et leurs attentes ont été récompensées. Lancé en 2008, le laboratoire spatial américain Fermi, a ainsi pu mettre en évidence un excès significatif de rayons gamma dans un amas d’étoiles géantes de la constellation du Cygne, des étoiles situées à 4500 années-lumièrede nous,

précisément dans les superbulles qui les entourent et qui sont donc - on en a à présent la preuve - les lieux de naissance de ces mystérieux rayons cosmiques. Il aura fallu encore quatre ans supplémentaires d’étude des spectres de ces extraordinaires particules pour élucider ce mystère vieux de près de cent ans !

De la ténacité, encore et toujours

     Un peu à la façon de la découverte du boson de Higgs (dont les scientifiques ont prédit l’existence pendant des dizaines d’années avant de le mettre enfin en évidence il y a quelques mois), l’énigme des rayons cosmiques aura occupé les esprits durant des décennies. Ce qui est remarquable dans cette histoire à rebondissements, c’est que jamais les scientifiques ne se sont découragés. Si grâce à des esprits talentueux, une explication logique a été émise il y a plus de soixante-dix ans, il aura fallu attendre l’appui de la technique pour apporter des preuves définitives. Mais je suis certain d’une chose : Fritz Zwicky aurait été heureux de savoir que son hypothèse était la bonne mais, dans le cas contraire, il aurait tout aussi bien accepté d’être désavoué car, au-delà de son caractère particulièrement irascible, c’était avant tout un scientifique. Un vrai.

 Sources :

1. sciencesetavenir.nouvelobs.com/espace/20111128.OBS5515/les-superbulles-sources-de-rayons-cosmiques.html

2. www.journaldelascience.fr/espace/articles/les-rayons-cosmiques-naissent-dans-les-superbulles-2427

3. Science & Vie, n° 1149, juin 2013

4. www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/actu/d/physique-origine-rayons-cosmiques-fermi-confirme-piste-supernovae-44670/

Images :

 1. les restes (rémanent) de la supernova de 1066 (sources : www.cidehom.com)

2. départ de Victor Heiss pour la haute atmosphère (sources : www.nytimes.com)

3. gerbe de rayons cosmiques (sources : www.lesia.obspm.fr)

4. l'astronome Fritz Zwicky (sources : soundcloud.com)

5. vue d'artiste d'une supernova (source : www.cafardcosmique.com)

6. rayons gamma (sources : www.linternaute.com)

7. superbulle HENIZE 70 (sources : fr.wikipedia.org)

8. le laboratoire spatial Fermi (sources : www.interactions.org)

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

Mots-clés : Cordwainer Smith - ionisation - Charles Wilson - Victor Franz Hess - satellite Fermi - particules subatomiques - champ magnétique terrestre - accélérateur de particules - Walter Baade - Fritz Zwicky - supernova - étoile à neutrons - rayons gamma - superbulles

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

Sujets apparentés sur le blog

1. trous noirs

2. pulsars et quasars

3. les constituants de la matière

4. novas et supernovas

5. le boson de Higgs

6. sursauts gamma

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mise à jour : 15 mars 2023

   Voici aujourd’hui la suite des « brèves » publiées au fil des mois dans le blog FaceBook de Céphéides et concernant « le ciel lointain ».

ÉTOILES EN FUITE

  galaxie elliptique M 87

Récemment, le Harvard Smithsonian Center (Massachusetts, USA) a découvert un objet très éloigné se rapprochant de nous à la vitesse record de 8 millions de km/h. L'hypothèse la plus probable est qu'il s'agit d'un groupe "d'étoiles errantes" (run away stars en anglais ou étoiles en fuite) échappées de la grande galaxie M87.

   Échappées ? Expulsées plutôt de cette galaxie qui est une supergéante elliptique dont la masse est 200 fois celle de notre propre galaxie, la Voie lactée. M87 possède en son centre un trou noir géant mais en avait jadis deux et c'est l'interaction entre ces deux monstres cosmiques qui a vraisemblablement éjecté ce groupe d'étoiles devenues errantes dans le vide du cosmos.

   La distance, toutefois, est si importante entre M87 et nous (53 millions d'année-lumière) que ces "étoiles en fuite" sont destinées à errer éternellement dans le vide : elles n'arriveront jamais jusqu’à nous avant leur mort naturelle dans plusieurs milliards d'années... D'ailleurs, y arriveraient-elles qu'elles n'auraient quasiment aucune chance d'y heurter une autre étoile tant l'intervalle entre les astres est grand ! C'est que l'espace est si vaste... et si vide...

Pour en savoir plus sur les étoiles errantes : étoiles doubles et systèmes multiples 

Photo : la galaxie elliptique géante M87 (crédits : NASA)

GALAXIES CANNIBALES

   galaxie M 51 absorbant la galaxie NGC  5195

   Les galaxies s'éloignent les unes des autres, on le sait depuis l'astronome Edwin Hubble, sauf celles qui se trouvent dans un même groupe proche où les forces de gravitation, au contraire, les rapprochent. Dans le groupe de notre galaxie la Voie lactée (appelé "groupe local"), il y a une galaxie géante, la galaxie d'Andromède, un peu plus grosse que la nôtre, et une cinquantaine d'autres galaxies moins importantes.

   De ce fait, Andromède et la Voie lactée vont se percuter... dans 2 à 3 milliards d'années pour donner une galaxie supergéante. Les êtres vivants intelligents de ces temps lointains (s'il y en a) n'ont toutefois pas de souci à se faire : l'intervalle entre les multiples soleils de chaque galaxie (pourtant 200 milliards d'étoiles environ chacune) sont si importants qu'il n'y aura pratiquement jamais de chocs frontaux. Toutefois, les forces gravitationnelles étant à l'œuvre, il y aura réorganisation de l'ensemble (gaz, poussières, étoiles, etc.).

   Jusqu'à il y a peu, les scientifiques étaient persuadés que le résultat d'une telle réunion aboutirait à une gigantesque galaxie globulaire. Raté ! Des astronomes japonais et américains ont étudié 37 galaxies émergeant de fusions galactiques et leurs travaux sont sans appel : la résultante est une nouvelle galaxie elliptique, simplement plus volumineuse. La faute aux gaz qui reprennent rapidement leurs rotations circulaires... et peut-être aussi à la matière noire dont on ne sait pas ce que c'est mais dont nous sommes à peu près sûrs qu'elle intervient dans ces gigantesques ballets cosmiques.

   La galaxie qui "avale" l'autre est par définition la plus grosse et elle est appelée "cannibale" par les scientifiques. La Voie lactée a ainsi "cannibalisé" autour d'elle plusieurs petites galaxies satellites mais c'est certainement Andromède qui sera à terme dénommée cannibale...

Pour en savoir plus : https://www.cepheides.fr/article-de-l-astronomie-galaxies-ca…

Photo : la galaxie M51 (dite galaxie Whirlpool ou galaxie du tourbillon) absorbant sa voisine NGC 5195 (sources : www.astronoo.com)

LE COSMOS EST TOUJOURS EN MOUVEMENT

   naine rouge (étoile de Barnard) comparée au Soleil

   Les Anciens croyaient que les étoiles étaient des joyaux accrochés à une sphère de velours tournant autour de la Terre, que les étoiles, en somme, étaient immobiles les unes par rapport aux autres : rien n'est plus faux !

   Les étoiles bougent continuellement. Par exemple, notre Soleil, modeste étoile située en périphérie de la Voie lactée, tourne (avec son cortège de planètes) autour du centre galactique à la vitesse de 217 km/sec.

    Il y a 70 000 ans, une étoile a frôlé notre système solaire en passant dans sa banlieue, à moins de 0,8 année-lumière alors que notre plus proche voisine, alpha (ou Proxima) du Centaure est une naine rouge située à 4,2 années-lumière d'ici.

   C'est en reconstituant la trajectoire de cette étoile, appelée "étoile de Sholz", probablement une naine rouge comme Proxima, que les astronomes ont fait cette étrange découverte. Aujourd'hui, Sholz est située à plus de 20 années-lumière et elle s'éloigne encore de nous mais que serait-il advenu si les distances avaient été un tout petit peu plus courtes ? Nous ne serions pas là pour en parler...

   Les naines rouges, des étoiles de petite taille et peu lumineuses représentent plus de 80% de toutes les étoiles (tandis que notre Soleil est une naine jaune, un peu plus brillante). Pas étonnant dès lors que ce soit l'une d'entre elles qui soit venue nous rendre visite il n'y a pas si longtemps (en termes géologiques) !

Photo : une naine rouge, l'étoile de Barnard, notre 2ème plus proche voisine, comparée au Soleil et à Jupiter (crédits : Wikipédia France)

LE PHÉNOMÈNE LE PLUS VIOLENT DE L'UNIVERS

Il y a 30 ans (le 23 février 1987) explosait une supernova (S-69-202) dans le petit nuage de Magellan, une galaxie naine satellite de notre Voie lactée. À un peu moins de 170 000 années-lumière de nous ce qui n'est pas si loin puisque, d'habitude, ce type d'événement peut être visible depuis les confins de l'Univers, à des milliards d'années-lumière...

   Car une supernova, c'est une explosion si puissante qu'elle peut illuminer tout l'Univers. Par exemple, si S-69-202 avait terminé sa vie dans notre galaxie, elle aurait été visible à l’œil nu depuis la Terre même en plein jour et, la nuit, elle aurait dépassé l'éclat de la pleine lune. Et cela durant plusieurs semaines...

   Les supernovas sont rares au point qu'il n'y en a pas eu dans la Voie lactée depuis plusieurs siècles. Ce phénomène caractérise la fin de vie d'étoiles massives, bien plus grosses que le Soleil : il s'agit le plus souvent de supergéantes bleues très jeunes (quelques dizaines de millions d'années au plus) qui épuisent donc très rapidement leur carburant nucléaire et se transforment en supergéantes rouges instables. À ce stade, le noyau de l'étoile s'effondre sur lui-même en donnant naissance à des étoiles à neutrons (dont certaines deviennent des pulsars), voire, pour les plus massives, à des trous noirs.

   Lorsqu'elle s'effondre sur elle-même, la résultante lumineuse du phénomène est si intense que cette lumière éclipse durant quelque temps celle de toutes les autres étoiles présentes dans la galaxie qui sont pourtant des milliards. Inutile de préciser qu'il ne fait pas bon pour un organisme vivant de se trouver à proximité du cataclysme...

   En attendant d'observer une supernova interne à la Voie lactée (assez distante, on l'espère), les scientifiques surveillent S-69-202 depuis 15 ans ce qui leur permet d'affiner les modèles évolutifs de ces phénomènes exceptionnels qui restent parmi les plus violents de l'Univers.

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

Photo : cidehom.com

UNE PREUVE DE PLUS QUE EINSTEIN AVAIT RAISON

   Dans sa théorie de la relativité générale Einstein explique la structure de l'Univers sous la forme de l'association inséparable de l'espace et du temps. Il explique notamment que plus un objet de l'Univers est massif, plus il "creuse" et courbe l'espace qui l'entoure. Bien entendu, à notre échelle, le phénomène reste indétectable.

   En revanche, lorsqu'on observe de grands ensembles comme les galaxies, la structure de l'espace est modifiée de façon substantielle et, dès 1920, la démonstration en a été faite à l'occasion d'une éclipse solaire. Le phénomène a été appelé lentille (ou mirage) gravitationnelle. : la présence d'un objet massif entre la source (par exemple une étoile lointaine) et un observateur fait que celui-ci verra plusieurs images de l'étoile lointaine en raison des différentes courbures de l'espace.

   Un immense amas de galaxies (baptisé du nom barbare de MACSJ1149.6+2223) est situé entre nous et une lointaine galaxie. Du coup, on peut observer pas moins de trois images différentes de la dite galaxie ! Et, incroyable coup de chance, une supernova (l'explosion très brillante d'une grosse étoile en fin de vie) a été détectée dans la galaxie lointaine : les astronomes s'attendaient donc à en voir trois fois l'image.

   Et c'est bien ce qu'il s'est produit : le télescope spatial Hubble a pris une photo de la supernova apparue en novembre 2014 tandis que celle-ci était déjà visible sur une image en 1995 (sans que l'on ait pris de photo à l'époque) et les astronomes attendent la troisième image de la supernova entre 2017 et 2020 !

   La lumière est bien déviée par la présence d'objets massifs qui déforment l'espace et elle finit par suivre des chemins différents qui n'arrivent pas au même moment à l’œil de l'observateur. Einstein l'avait, il y a déjà bien longtemps, compris avant tout le monde !

Sur cette photographie, on peut voir quatre images du même quasar Q2237+0305 en raison de la galaxie (située entre lui et l'observateur) qui courbe l'espace : cette lentille gravitationnelle est appelée la "croix d'Einstein".

(On rappelle qu'un quasar est une puissante source de lumière, provenant probablement du trou noir central très actif d'une galaxie lointaine)

Crédits image : noao.edu

SE MÉFIER DE TOUT !

observatoire de Parkes (Australie)

   L'observatoire de Parkes en Nouvelle-Galles du Sud (Australie) est très réputé puisqu'il est notamment connu pour avoir suivi les trajectoires de nombreuses sondes spatiales et même pour avoir diffusé le premier les images de Neil Armstrong sur la Lune.

   Il était pourtant confronté depuis 17 ans à une énigme qui a passionné (et énervé) des dizaines d'astronomes : la détection de signaux inconnus, un son aigu suivi d'un son plus grave, attribués tout d'abord à un phénomène extraterrestre cataclysmique et lointain. Les scientifiques ont même été jusqu'à baptiser ces signaux bizarres du sigle de FRB (Fast Radio Burst pour sursauts radio rapides).

   Mais, très étrange, on s'est ensuite rendu compte que les signaux provenaient de plusieurs sources différentes (donc terrestres) et on attribua le phénomène à la foudre... jusqu'à ce qu'on se rende compte que cet étrange phénomène avait plutôt tendance à se produire au moment des repas !

   En réalité, les signaux mystérieux provenaient de la cuisine de l'observatoire et, de façon plus précise, de ses fours à micro-ondes ! La solution - à la façon de la "lettre volée" d'Egar Allan Poe - se trouvait sous les yeux des scientifiques... abusés quand même durant 17 ans !

Image : l'observatoire de Parkes, en Australie
(sources : sites.ostralo.net)

UNE NOVA ... QUI N'EN ÉTAIT PAS UNE !

   En 1670, Anthelme Voituret, un moine chartreux qui observait régulièrement le ciel, repéra une nouvelle étoile. Très rouge, l'astre était situé dans la constellation du petit Renard - Vulpecula en latin - et le moine nomma sa découverte fort logiquement Nova Vulpecula 1670. Or, à sa grande stupéfaction, il la vit disparaître au bout de quelques semaines pour réapparaître au printemps suivant ainsi qu'en 1672. Ensuite, plus rien...

   Au XXème siècle, les scientifiques conclurent qu'il s'agissait d'une nova (à ne pas confondre avec une supernova !), c'est à dire une étoile qui devient très brillante avant, quelques jours plus tard, de revenir à son éclat habituel. Il s'agit presque toujours d'une binaire, c'est à dire un couple d'étoiles (ce qui est très fréquent) associant une naine blanche et une géante rouge. Rappelons qu'une naine blanche est un cadavre d'étoile hyperdense (comme le sera un jour notre Soleil) et une géante rouge une étoile en fin de vie (le Soleil passera également par ce stade). Lorsque la géante rouge grossit, elle se rapproche de sa compagne d'où de gigantesques explosions thermonucléaires expliquant les variations de luminosité.

   Eh bien, on avait tout faux ! Des études récentes effectuées à l'aide d'instruments plus précis ont permis de montrer qu'il s'agissait d'un choc entre deux étoiles "normales". La résultante en a été la destruction des deux astres remplacés temporairement par un objet de fusion rouge extrêmement brillant. C'est un phénomène extrêmement rare puisqu'on estime que, lors de la collision entre deux galaxies, les espaces entre les étoiles sont si grands qu'il n'y a pratiquement aucune chance pour qu'il y ait des heurts entre elles !

Image : vue d'artiste d'une nova
(sources : www.astronomes.com)

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mise à jour : 21 mars 2023

Voici quelques courts articles parus sur le site Facebook du blog

LA GALAXIE DANS ERIDAN ET SA SUPERNOVA

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

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

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

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

Pour en savoir plus sur les supernovas : novas et supernovas
 

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

ENCORE PLUS DE GALAXIES !

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

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

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

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

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

Pour en savoir plus : les galaxies

Image : des galaxies partout, dans toutes les directions...
(sources : astrosurf.com)

QUASARS DISPARUS

     Un quasar est longtemps resté un mystère pour les scientifiques : on n'arrivait pas à comprendre comment une source géographiquement si limitée pouvait être parfois plus lumineuse que toute la galaxie la contenant.

     Jusqu'à ce qu'on fasse un rapprochement avec les trous noirs : un quasar, c'est un trou noir galactique central pouvant atteindre des milliards de fois la masse du Soleil. On a remarqué que plus on regarde loin (c'est à dire dans le passé) et plus ces quasars semblent actifs et lumineux. Ce qui se comprend puisque, ayant progressivement "avalé" toute la matière les entourant, ils finissent avec le temps par perdre en intensité et donc être moins vifs, moins visibles dans les galaxies plus proches... jusqu'à, parfois, ne plus être identifiés que par des signes indirects.

     Le télescope spatial Hubble a pris récemment des photos de filaments gazeux relativement éloignés de leur centre galactique mais qui luisent encore : ce sont les derniers vestiges de l’activité d’un quasar autrefois très actif mais qui s’est assagi, faute de matière à avaler. Les gaz visibles sur la photo (oxygène, soufre, azote, néon) ont été photo-ionisés il y a des milliers d’années par un quasar aujourd’hui invisible mais qu’on ne s’y trompe pas : l’objet est probablement encore là, au sein de l’obscurité centrale, et susceptible de s’enflammer dès le passage d’une nouvelle source de matière.

Pour en savoir plus : « trous noirs » 

Image : filaments autour de la galaxie IC 2497, dans la constellation du Petit Lion
(Sources : Hubble/ (NASA, ESA, William Keel (University of Alabama, Tuscaloosa), and the Galaxy Zoo team)

SUPERNOVA DANS LA POUSSIÈRE GALACTIQUE

     Depuis quelques mois, de grands télescopes sont braqués sur la galaxie Centaurus A, bien connue des amateurs d’astronomie parce qu’elle est visible à l’aide d’une simple paire de jumelles (c’est la cinquième galaxie la plus brillante du ciel). Cette galaxie présente par ailleurs la particularité d’avoir son centre occulté par de vastes filaments de poussière. Alors pourquoi cet intérêt soudain ?

     Parce que depuis le mois de février 2016 on y a détecté une puissante explosion stellaire, c’est-à-dire l’apparition d’une supernova. Or les scientifiques sont friands de l’observation de tels objets astronomiques qu’ils rêvent d’examiner de plus près. Hélas, alors que statistiquement il devrait y en avoir deux ou trois par siècle au sein de notre galaxie, aucune n’a été observée depuis qu’existent les outils de l’époque moderne.

     Centaurus A est une galaxie relativement voisine de la nôtre (13,7 millions d’années-lumière) et elle a été relativement bien étudiée car c’est également une des radiogalaxies les plus proches de la Terre. La supernova apparue en février 2016 (et photographiée ci-dessus par le télescope spatial Hubble) a été nommée SN2016afj et on peut la voir dans le cadre supérieur droit de l’image, juste à côté d’une étoile très brillante qui, elle, appartient à la Voie lactée.

    La galaxie Centaurus A étant bien connue et son nuage de poussières relativement bien documenté, l’étude de la supernova en est grandement facilitée. Les scientifiques ont acquis la conviction que cette supernova est de type IIb, c’est-à-dire par effondrement de cœur : elle présente donc un intérêt considérable puisque ce type de mort stellaire est assez mal connu. Son étude nous apportera des informations capitales sur l’évolution finale des étoiles massives. En attendant d’observer de tels phénomènes dans notre propre galaxie…

Pour en savoir plus : novas et supernovas
 

Image : la galaxie Centaurus A en insert, la supernova 2 jours après son apparition)
(sources : NASA, ESA, & the Hubble Heritage / STScI/AURA)

MORT DE PALOMAR 13

     Un amas globulaire est un ensemble de quelques dizaines de milliers d’étoiles toutes liées entre elles par la gravitation. Ces étoiles sont nées ensemble et évoluent ensemble. Par ailleurs, comme ces amas globulaires, satellites des galaxies, sont aussi vieux qu’elles, ils sont donc peuplés d’étoiles anciennes.

     Paloma 13 est un de ces amas globulaires tournant autour de notre galaxie, la Voie lactée, et il est aussi vieux qu’elle, soit âgé d’environ 12 milliards d’années. Puisque son orbite est relativement excentrique, tous les un à deux milliards d’années, il se rapproche du centre galactique qui exerce alors sur lui de gigantesques « forces de marées » gravitationnelles lui arrachant des milliers d’étoiles. Inéluctablement, Palomar 13 perd donc de sa substance.

     Sur la photo ci-dessus, on peut distinguer à gauche du centre un petit amas d’étoiles qui est tout ce qui reste de Palomar 13 après son dernier passage près du centre galactique (l’étoile brillante en bas de l’image ne fait pas partie de Palomar et la trainée verte qu’elle semble tirer vers le bas est un artéfact). Les études les plus récentes montrent que Palomar 13 s’approche à nouveau du centre : ce sera probablement son dernier passage car il y sera alors définitivement démembré…

Pour en savoir plus : « amas globulaires et traînards bleus »
 

Image : l’amas globulaire Palomar 13
Crédits : M. Siegel & S. Majewski (UVA), C. Gallart (Yale), K. Cudworth (Yerkes), M. Takamiya (Gemini), observatoire de Las Campanas (ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.)

VOIR L’INVISIBLE

     De tout temps, en regardant dans la direction de la constellation de l’Aigle, les astronomes ne purent jamais observer d’étoiles mais tout changea après le lancement du télescope spatial Spitzer.

     En effet, cet outil hors du commun regarde non pas dans le domaine du visible mais dans celui de l’infrarouge et - surprise - il a pu mettre en évidence un amas globulaire riche de plus de 300 000 étoiles jusque là inconnu. Des étoiles invisibles car, situées dans le plan de la galaxie, elles étaient cachées par d’épaisses couches de poussière.

     Comme Palomar 13 que nous venons d’évoquer, cet amas globulaire date des débuts de notre galaxie et, actuellement en train de traverser le halo de la Voie lactée, il est situé à environ 10 000 années-lumière de nous.

     Sur la photo, l’encadré en bas à droite montre cette partie du ciel en lumière visible brillant par son absence d’étoiles tandis que la photo elle-même en infrarouge découvre l’amas globulaire ignoré jusqu’alors.

     Le télescope spatial James Webb, qui a été lancé en 2022,  a succédé à Spitzer ce dernier ayant, depuis plusieurs années déjà, épuisé son hélium liquide refroidissant normalement ses instruments. Ce nouveau télescope spatial, du nom du deuxième administrateur de la NASA et initiateur du projet Apollo, James Webb, s'est révélé encore plus performant dans le domaine de l’infrarouge. Déjà des images à couper le souffle et une vraie promesse d’extraordinaires découvertes !

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

Photo : région de la constellation de l’Aigle
(sources : H. Kobulnicky (Univ. of Wyoming) et al., JPL, Caltech, NASA - Visible Light Inset: DSS)

L’HEXAGONE D'HIVER

     L'hexagone d'hiver (également appelé polygone d'hiver ou cercle d'hiver) est un astérisme centré sur l'étoile Bételgeuse. Rappelons que, en astronomie, un astérisme est une figure imaginaire et subjective formée par des étoiles particulièrement brillantes. Ces étoiles, presque toujours, ne sont pas liées entre elles (certaines sont très lumineuses mais éloignées, d'autres plus proches et moins brillantes) mais le cerveau humain semble reconnaître dans l'ensemble des lignes ainsi formées des images ou des symboles : c'est par exemple le cas des constellations auxquelles les différentes cultures ont donné des significations souvent très différentes...

     Mais revenons à notre hexagone d'hiver. Il est célèbre parce que pouvant être contemplé dans tout l'hémisphère nord en hiver. Puisqu'il s'agit d'étoiles très brillantes, l'hexagone est visible même sous les cieux nocturnes des grandes villes et leurs multiples lumières parasites (pour peu, évidemment, que le ciel soit dégagé),

     Sur la photo ci-dessus, on a tracé le polygone et nommé les étoiles qui sont respectivement : Aldébaran, Capella, Castor, Procyon, Sirius et Rigel tandis que Bételgeuse occupe presque le centre de la figure géométrique. On peut contempler cet immense dessin cosmique de décembre à mars...

Pour en savoir plus, voir sur le blog : le nom des étoiles 

Sources : Jerry Lodriguss ; auteurs et éditeurs : Robert Nemiroff (MTU) & Jerry Bonnell (UMCP) ; représentant technique de la Nasa : Jay Norris (ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.)

PLACE DU SOLEIL DANS LA GALAXIE

     Depuis l'aube des temps l'Homme a cherché à savoir quelle était sa place dans l'univers puis, au cours de l'époque moderne, la place de son étoile, le Soleil, dans notre galaxie, la Voie lactée. Celle-ci est une galaxie spirale barrée possédant (aux dernières nouvelles) deux bras spiraux principaux (bras de Persée et bras de l'Écu-Croix, également appelé bras du Centaure) qui, riches en étoiles, émergent d’un centre galactique apparaissant, quant à lui, sous la forme d'une gigantesque barre centrale bourrée d'étoiles.

     Il existe, partant de ce centre galactique, quatre autres bras, beaucoup plus petits (et surtout gazeux) dont l'un d'entre eux est appelé l'éperon d'Orion et c'est près de lui que se trouve notre étoile. Comme la Voie lactée fait à peu près 100 000 années-lumière de diamètre et que le Soleil est situé à environ 28 000 années-lumière du centre galactique, il n'est pas étonnant que les étoiles de la Voie lactée les plus éloignées de nous soient situées à près de 80 000 années-lumière (tandis que la plus proche, Proxima du Centaure, se trouve à "seulement" 4,5 années-lumière).

     Notre galaxie contient environ 140 à 180 milliards d'étoiles ce qui, dans le groupe local de galaxies où elle se trouve, la situe en deuxième position par la taille, juste derrière la grande galaxie d'Andromède M31 (1000 milliards d’étoiles) avec laquelle elle fusionnera dans 3 à 4 milliards d'années.

     Le Soleil est une étoile moyenne (une naine jaune) située en périphérie d'une galaxie classique qui contient des dizaines de milliards d'étoiles et il existe des... milliards de galaxies identiques dans l'Univers visible. Conclusion : la Terre, c'est bien petit... mais c'est tout ce qu'on a !

Pour en savoir plus : "place du Soleil dans la galaxie" 
et "la Voie lactée" 

Images ; vue d'artiste de la Voie lactée et position du Soleil
(sources : lespritsorcier.org)

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mise à jour : 25 mars 2023

     Après avoir publié son article sur la relativité restreinte en 1905, Albert Einstein récidiva dix ans plus tard en étendant ses équations à l’ensemble de l’Univers (voir sujet : théorie de la relativité générale). Dès lors, le cosmos qui nous entoure devenait intelligible. C’était une véritable révolution d’autant qu’il faut se rappeler que, à l’époque où il fit part de sa théorie, notre « Univers » se cantonnait pour les scientifiques à la seule Voie lactée, notre galaxie, puisque l’on croyait que rien n’existait en dehors d’elle… Il faudra en effet attendre les travaux de Hubble (basés sur ceux d’Henrietta Leavitt à propos des étoiles céphéides) en 1925 pour comprendre que l’Univers est beaucoup, beaucoup plus vaste puisque des galaxies comme la nôtre, il en existe des milliards…

      Les scientifiques découvraient donc un Univers immense, peut-être infini, où la gravitation – grâce à Einstein – devenait enfin compréhensible. Toutefois, cet extraordinaire génie croyait à un univers statique, homogène et isotrope. Évoquons tout d’abord les deux derniers termes : ceux-ci veulent dire que quels que soient la direction et l’éloignement observés, la structure de l’Univers reste la même et que les vitesses (dites de récession par rapport à nous) des objets qu’il contient (à l’exception de notre « groupe local » décrit dans le sujet précédent) sont identiques quel que soit l’endroit où a lieu l’observation. Ce qui fut effectivement confirmé. Toutefois, pour des raisons restées plutôt mystérieuses (philosophiques ? Religieuses ?), Einstein avait conclu à un univers statique et fini, c'est-à-dire toujours de la même taille. Pour cela, compte tenu de ses calculs, il lui fallait ajouter une force susceptible de s’opposer à la gravitation (qui attire les objets entre eux), en l’occurrence une force dite répulsive (qui, au contraire, éloignerait ces mêmes objets). Il la nomma « constante cosmologique » et l’introduisit dans ses équations. Cependant, pour que son modèle réponde effectivement à un Univers statique, il lui donna une valeur exactement égale à celle des forces de gravitation. On sait aujourd’hui que cette proposition est fausse. Einstein, par la suite, affirma que « ce fut la plus grande erreur de sa vie ». On lui pardonne aisément… d’autant que cette constante cosmologique revient actuellement en état de grâce (mais quelque peu différente) comme on va le voir par la suite.

Observation de l’expansion de l’Univers

     L’univers est donc plutôt en expansion mais en expansion comment ? En réalité, les scientifiques qui s’étaient attelés à la lourde tâche d’évaluer sa dynamique croyaient que son accroissement devait forcément se ralentir. Brian Schmidt, (prix Nobel en 2011 pour ses travaux entrepris avec son collègue Adam Riess) pensait comme la majorité des scientifiques d’alors que les forces de gravitation qui attirent les éléments massifs ne pouvaient que ralentir cette expansion. Leurs doutes portaient en réalité sur la question suivante : cette expansion bien que progressivement ralentie allait-elle être infinie ou bien le processus allait-il s’inverser pour aboutir à un repli sur lui-même en un décalque inversé du Big bang appelé Big crunch ?

      Leurs travaux portaient sur une variété bien particulière de supernovas (voir sujet : novas et supernovas) constituées à partir de naines blanches (voir sujet : mort d’une étoile). Ces naines blanches sont des étoiles en fin de vie qui se contractent sous l’effet de la gravitation jusqu’à atteindre la taille d’une simple planète mais, fait remarquable, lorsque leur masse est voisine de 1,4 fois celle du Soleil, elles explosent en quelques secondes en produisant une réaction thermonucléaire gigantesque (supernova) extraordinairement lumineuse et visible de fort loin… Or ces explosions sont toujours identiques quelles que soient les distances d’où on les voit : ce sont de véritables témoins éparpillés dans le cosmos dont on peut calculer la distance… et permettre ainsi l’évaluation de l’expansion de l’Univers dans son ensemble.

     Schmidt fit donc ses calculs… les refit et les refit encore avec toujours le même résultat, incroyable pour l’époque : non seulement la vitesse d’expansion de l’Univers n’allait pas en ralentissant mais, bien au contraire, s’accélérait sans cesse. Énorme émoi dans le Landerneau astronomique pour une raison évidente : si les forces de gravitation n’arrivent pas à ralentir comme prévu cette expansion, c’est que « quelque chose », une force répulsive, les contrecarre. Mais quoi ?

Matière noire et énergie sombre

     En définitive, il existe bien une « constante cosmologique » mais un peu différente de celle imaginée par Einstein puisqu’elle s’oppose si bien aux forces gravitationnelles qu’elle en augmente la vitesse d’expansion totale de l’Univers. Cette mystérieuse force, à ce jour encore inconnue, représente environ 73% de l’énergie de l’Univers. Puisqu’on n’en connaît pas encore la nature, on l’a appelée énergie sombre (voir le sujet : matière noire et énergie sombre). Les éventuels candidats responsables de cette forme particulière (et dominante) d’énergie ont été passés au crible mais sans que l’un quelconque d’entre eux n’emporte la conviction. Bref, on ne sait toujours pas ce qu’il en est. Une chose est sûre : le fait que la seule matière connue (celle dont sont composés nos galaxies et tous les objets observables) ne représente que 4% de l’ensemble (pour 23% de matière noire et 73% d’énergie sombre) ne peut que nous laisser sur notre faim…

Nouvelles méthodes d’évaluation de l’expansion de l’Univers

     On a vu que la principale méthode d’étude de cette expansion (et donc le moyen d’évaluer directement l’action de l’énergie sombre) est celle qui concerne les supernovas. D’autres preuves indirectes existent se fondant notamment sur la mesure du fonds diffus cosmologique (voir le sujet : fonds diffus cosmologique), c'est-à-dire l’étude de la carte résultant du tout premier rayonnement de l’Univers, vers 380 000 ans après le Big bang. Que montre cette étude ? Que l’Univers possède une courbure liée à la gravitation qui est très faible. En d’autres termes, l’Univers est pratiquement plat ce qui n’est possible que si toute la matière qu’il contient (visible ou invisible comme la matière noire) représente environ 25%, l’énergie sombre s’inscrivant pour 75% du total. On retombe sur les chiffres donnés par la première méthode des supernovas…

     Très récemment, une autre approche a été tentée : la mesure des oscillations baryoniques, approche qui arrive au même résultat. De quoi s’agit-il cette fois-ci ? Il s’agit de mesurer les ondes sonores du tout jeune univers, un phénomène qui a dessiné de petites rides dans la répartition de la matière. Ces rides augmentent avec l’expansion à la manière de lignes qui s’étirent progressivement : on peut les mesurer à différentes époques et les résultats, assez précis, donnent la même réponse…

L’Univers est bien en expansion

     On peut donc retenir cette incontestable conclusion : l’Univers est en expansion et celle-ci s’accélère. De plus, nous ne connaissons vraiment que 4% des acteurs de cette expansion, les 96% restants nous étant donc encore inconnus. C’est le modèle cosmologique standard actuellement retenu par les scientifiques et il semble parfaitement cohérent.

    Les scientifiques poursuivent donc leurs études, d’autres techniques étant même exploitées : nouvelles mesures d’approche depuis le sol mais également à partir de plusieurs projets spatiaux. Elles ne feront probablement que confirmer ce que l’on sait déjà mais expliqueront-elles pour autant ce que sont ces fameuses forces inconnues ?

L’énergie sombre est la clé de l’explication

      On ne sait pas ce d’où provient cette énergie, nous l’avons déjà dit, mais il est quasi certain qu’elle existe bien. Quelle est son action réelle ? Certaines observations semblent indiquer que l’expansion de l’Univers se serait accélérée il y a 6 milliards d’années (satellite Chandra en 2004) tandis que – rien n’est jamais simple – d’autres prétendent le contraire (satellite européen XMM-Newton). Il faudra donc encore attendre sur ce point.

     Aux yeux de certains, cette question pourrait paraître anecdotique : il n’en est rien car, selon la réponse, trois scénarios peuvent être retenus pour l’avenir de l’Univers dans lequel nous vivons :

. si l’énergie sombre continue à dominer les forces de gravitation, l’expansion s’accélérera et les objets lointains qui ne sont pas liés par les forces de gravitation continueront à s’éloigner les uns des autres à grande vitesse. En pareil cas, d’immenses parties de l’Univers actuellement encore visibles disparaitront de notre champ de vision ce qui rétrécira considérablement nos possibilités d’observation. On peut également penser que l’énergie sombre continuant d’augmenter avec le temps, toute la matière de l’Univers finira par se diluer jusqu’au dernier de ses atomes, laissant un Univers vide et infini : on appelle ce modèle le « Big Rip » ;

. si la densité de l’énergie sombre n’augmente pas (ou très peu) tout restera à peu près en l’état. Notre Galaxie restera la même tandis que tous les autres amas galactiques s’éloigneront constamment ;

. enfin l’énergie sombre peut finir par se diluer avec le temps et même peut-être s’inverser. Les forces gravitationnelles pourraient alors reprendre le dessus et provoquer la contraction de l’Univers pour arriver au Big crunch déjà évoqué, en une sorte de gigantesque balancier cosmique. En l’état actuel de nos connaissances, c’est le scénario le moins probable.

     Il reste donc bien des inconnues et de nombreuses interrogations. Il est certain que connaître la nature exacte de l’énergie sombre permettrait aux chercheurs de se faire une idée plus précise de l’avenir prévisible à très long terme. La solution de cette énigme est peut-être toute proche ou, au contraire, totalement hors de notre portée (comme c’est précis !). Nul ne le sait aujourd’hui. Consolons-nous en nous disant que, en moins d’un siècle, l’astronomie a fait d’extraordinaires progrès dans la compréhension de l’endroit parfois si étrange où nous vivons, même si ces nouvelles et remarquables connaissances posent souvent autant de questions qu’elles ne nous donnent de réponses…

Sources :

. la Recherche, n° 466, juillet-août 2012

. Wikipedia France

Images

1. que sont matière noire et énergie sombre ? (sources : lhcvhm.e-monsite.com)

2. l'amas Abell 1689 (sources : futura-sciences.com)

3. Brian Schmidt (sources : fr.wikipedia.org/wiki/Brian_P._Schmidt) 

4. répartition des acteurs de l'Univers (source : thescientist.over-blog.net)

5. fonds diffus cosmologique (source : aither06.free.fr)

6. le Big rip (sources : www.leonardoscienze.it)

(pour en lire les légendes, passer le pointeur de la souris sur les illustrations)

Mots-clés : relativité générale - Edwin Hubble - céphéides - constante cosmologique - Brian Schmidt - supernova - naine blanche - matière noire - énergie sombre - fonds diffus cosmologique - Big bang - modèle cosmologique standard - Big rip - Big crunch

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

Brève : quelle est la taille de l'Univers ?

   La réponse à cette question est on ne peut plus simple : les cosmologistes n'en ont pas la moindre idée ! Ce qui peut sembler étonnant dans la mesure où la théorie de la relativité générale permet de décrire l'évolution de l'Univers entier depuis sa naissance. Sauf que la théorie est peu diserte en ce qui concerne les propriétés géométriques du cosmos. Même nourrie des observations les plus précises, elle n'est fianalement capable de se prononcer que sur une chose : la courbure de l'Univers, qui serait nulle. Ce qui veut simplement dire que si l'on prend trois points de l'espace-temps, on obtient un objet plat - un triangle, et non une pyramide.

   Cette donnée ne suffit pas à déterminer la taille de l'Univers qui, selon les lois de la topologie (l'étude des déformations spatiales), pourrait aussi bien être finie qu'infinie. Sachant que, d'après la théorie de l'inflation qui complète depuis 30 ans le modèle du Big bang, le cosmos aurait connu une période d'expansion brutale dans ses premiers instants et pourrait être devenu aujourd'hui infiniment grand.

   Au sein de ce cosmos aux frontières si floues, il existe une "bulle" dont la taille est toutefois connue : l'Univers observable. Soit sa partie visible qui englobe tous les points de l'espace sufisamment proches de nous pour avoir eu le temps de nous faire parvenir leur lumière.

Les confins du cosmos ne cessent de s'éloigner

   Pour mesurer sa taille, faisons un rapide calcul. Aucune particule de lumière n'a pu voyager plus longtemps que l'âge de l'Univers (estimé à 13,8 milliards d'années), et celles qui ont voyagé tout ce temps avant de nous parvenir proviennent fatalement des régions les plus lointaines que nous puissions voir de puis la Terre. La taille de cet univers observable est donc de 13,8 milliards d'années-lumière, serait-on tenté de répondre... Pas si simple. Car à cause du phénomène d'expansion de l'Univers, le lieu d'origine de ce particules s'est éloigné de nous en même temps que ces dernières se propageaient dans notre direction. D'après le modèle cosmologique en vigueur, ses confins se situeraient en fait aujourd'hui à 45 milliards d'années-lumères, faisant de l'Univers observable une sphère centrée sur la Terre de 45 milliards d'années-lumière de rayon - soit 450 000 milliards de milliards de kilomètres.

   Mais la taille de cette partie visible, pas plus que les observations au sein de cette gignatesque sphère cosmique, ne renseigne sur les proportions de l'ensemble, ni sur l'existence d'une éventuelle frontière... La taille de l'Univers pris dans son intégralité va donc bien au delà. Aussi floue soit-elle, c'est la réponse la plus précise qu'il est aujourd'hui possible d'apporter à cette vielle interrogation. M.G

(revue Science & Vie, 1157, février 2014)

Sujets apparentés sur le blog

1. céphéides

2. fond diffus cosmologique

3.  les premières galaxies

4.  juste après le Big bang

5.  Edwin HUBBLE, le découvreur

6.  novas et supernovas

7.  les étoiles primordiales

8.  galaxies cannibales

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  mise à jour : 12 mars 2023

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

BÉTELGEUSE VUE DE PRÈS

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

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

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

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

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

Image : phoenixsic.wordpress.com

LA QUÊTE DES TROUS NOIRS SE PRÉCISE

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

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

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

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

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

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

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

LA PLUS BRILLANTE DES SUPERNOVAS

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

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

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

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

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

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

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

PLANÈTE LOINTAINE

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

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

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

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

LA NÉBULEUSE DE LA CARÈNE

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

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

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

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

UNE ÉTOILE DESTRUCTRICE

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

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

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

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

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

   Image : vue d'artiste du système stellaire WD 11451017

: actuhightech.com)

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mise à jour : 23032023

   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)

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mise à jour : 18 mars 2023

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

Hertzsprung - Russell qui répertorie la vie des étoiles. 

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

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

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

LES SUPERGEANTES ROUGES

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

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

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

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

LA SUPERGEANTE ROUGE BETELGEUSE

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

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

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

L’ÉTRANGE COMPORTEMENT DE BÉTELGEUSE

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

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

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

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

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

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

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

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

Que nous apprend Bételgeuse sur les étoiles de ce type ?

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

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

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

Sources

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

* Encyclopaedia Universalis

* https://trustmyscience.com

* Wikipedia France :  fr.wikipedia.org/

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

Images :

1. Bételgeuse (crédits : pressreader.com)

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

3. vents stellaires (crédits : cidehom.com)

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

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

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

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

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

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

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