Dans le domaine de la science, il est incontestablement peu de certitudes définitives. Toutefois, depuis des années, la communauté scientifique était tombée à peu près d’accord sur la façon dont se forment les planètes dans un système stellaire mais il est vrai que le seul exemple que nous avions pour référence était le nôtre, le système solaire. Puis, au début des années 1990 fit irruption l’exoplanétologie, c'est-à-dire la science s’occupant des planètes situées en dehors du système solaire et que nous n’avions jusque là pas la possibilité d’étudier directement…

     Très vite on s’aperçut que les observations ne collaient pas tout à fait avec les théories élaborées ici-bas. Tout d’abord, on mit en évidence des planètes géantes gazeuses toutes proches, dès leur formation, de leur étoile centrale. Bizarre car contraire aux suppositions des théoriciens ! Ensuite, il y a quelques mois, était découverte une planète géante tellurique (c'est-à-dire composée de roches comme la Terre) mais dix-sept fois plus massive que notre planète, ce que les modèles théoriques supposaient hautement improbable. Étrange encore. Et puis, il y a quelques jours, le radiotélescope européen ALMA, basé au Chili, nous a produit l’extraordinaire photo d’une étoile en formation, encore enrobée par la gangue de sa nébuleuse de gaz mais où, déjà, les futures planètes sont parfaitement individualisables ce que les spécialistes pensaient théoriquement impossible. Pourtant, une photographie, c’est bien une preuve directe, n’est-ce pas ? Là, ça commence à faire beaucoup et on peut se poser ces questions : que savons-nous au juste de la formation des planètes ? Le modèle du système solaire n’est-il qu’une option parmi d’autres ou n’y avons-nous peut-être rien compris ? Cherchons à y voir un peu plus clair.

Formation du système stellaire

     Depuis le début de l’époque moderne, les observateurs de notre système solaire sont partis de la notion en apparence logique que les étoiles se forment toutes de la même manière et qu’il suffit d’appréhender la formation de la nôtre et de son cortège de planètes pour comprendre la genèse de toutes les autres. On trouvera dans un sujet dédié (origine du système solaire) l’historique de la pensée scientifique sur ce sujet qui correspond en fait à des siècles de controverses. Essayons quant à nous de résumer la théorie la plus partagée par le monde de l’astronomie d’aujourd’hui.

     Au commencement, il y a fort longtemps (environ 10 milliards d’années), ce qui sera le futur système solaire n’est qu’une minuscule partie d’un immense nuage de gaz, essentiellement composé d’hydrogène et d’hélium, qui tourne en périphérie de la Galaxie, plutôt loin du centre. Mais, au fur et à mesure que le temps passe, le nuage de gaz va se contracter progressivement tandis qu’il s’enrichit en éléments lourds (fer, carbone, etc.) apportés par les explosions d’étoiles massives voisines (certains composants particuliers laissent même supposer qu’une supernova aurait explosé à proximité à cette même époque). Aujourd’hui, ces éléments lourds représentent environ 2% de l’ensemble.

     Cette contraction va durer plusieurs milliards d’années jusqu’à ce que, il y a 4,6 milliards d’années, le nuage finisse par s’effondrer sur lui-même en raison de sa propre gravité devenue trop importante. De ce fait, le nuage se fragmente en une série de nuages plus petits dont l’un deviendra le système solaire : on parle alors de protosystèmes.

     Le protosystème (celui du futur Soleil mais c’est pareil pour les autres) voit donc sa taille diminuer mais, selon la physique classique, qui dit réduction de taille dit augmentation de la vitesse de rotation (on appelle cela la conservation du mouvement angulaire) : c’est un peu comme le patineur tournant sur lui-même qui accélère sa vitesse de rotation en repliant ses bras. De plus, puisque ce protosystème est principalement composé de gaz concentré, il est encore souple et il peut donc s’aplatir dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation : tout est en place pour que naisse le disque protostellaire.

     Apparaissent également des forces électromagnétiques qui créent une sorte de liaison entre le centre du disque (qui sera la future étoile) et le reste (où apparaitront les planètes) : de ce fait, le centre va être progressivement freiné tandis que le reste du disque accélère sa vitesse. Au bout d’un certain temps, les deux systèmes se trouvent séparés et

     1. la protoétoile poursuit sa contraction jusqu’à ce que, sa température augmentant fortement, la fusion nucléaire s’enclenche et qu’elle devienne une véritable étoile tandis que

       2. le reste du disque protoplanétaire conduit à la formation des planètes.

Formation des planètes

     Le disque protoplanétaire tourne donc autour de la future étoile : peu à peu, au gré du temps et des rencontres, ses atomes commencent à s’agréger les uns aux autres pour former des poussières (les flocules) qui, elles aussi, vont finir par se réunir afin de former des corps plus volumineux appelés des planétésimaux. Le disque protoplanétaire est donc devenu un disque d’accrétion…

    Quelques millions d’années s’écoulent et voici que nos planétésimaux, grâce aux turbulences du disque, fusionnent progressivement pour donner des objets de plus en plus gros aboutissant aux planètes que nous connaissons : dans le cas du système solaire, il aura fallu environ 200 millions d’années pour aboutir à cette situation. Il est à noter que, dans ce modèle, en raison du temps nécessaire, les planètes n’apparaissent qu’une fois enclenchées les réactions de fusion nucléaire de l’étoile, c'est-à-dire une fois que celle-ci est allumée, les planètes se créant secondairement en utilisant les gaz laissés disponibles…

     Les planètes sont à peu près constituées mais elles n’ont pas encore leur aspect définitif car de nombreux remaniements ont encore lieu : internes avec un magma qui se solidifie en surface et des éruptions volcaniques qui diminuent d’intensité mais également externes puisqu’elles sont soumises à d’intenses bombardements, tous événements qui vont encore durer un bon milliard d’années.

     Dans ce modèle classique, l’aspect définitif des planètes va dépendre de leur place initiale au sein de l’anneau protoplanétaire. Près de l’étoile, ici le Soleil, elles voient leurs éléments légers recevoir beaucoup d’énergie (ce qui empêche ceux-ci de se condenser) et, par voie de conséquence, le matériau qui va constituer ces planètes sera riche en éléments lourds (silicium, soufre, cuivre, fer, etc.) : ces objets seront donc de densité élevée et formeront les planètes dites telluriques comme la Terre.

      En revanche, plus éloignées de l’étoile, s’il existe bien chez ces planètes un noyau dur, c’est essentiellement du gaz (hydrogène) qui va l’envelopper : de ce fait, les planètes dites gazeuses seront très légères mais beaucoup plus grosses que les telluriques. Puisque le gaz disponible n’a qu’une durée de vie limitée  à quelques millions d’années, il est nécessaire que ces planètes soient créées avant sa dissipation, donc assez rapidement (en termes géologiques).

     Selon ce modèle quasi-universellement accepté, on peut donc retenir quelques grands critères concernant la formation des planètes :

. d’abord les planètes se forment dans le disque protoplanétaire alors que la protoétoile s’est déjà « allumée » ;

. ensuite, les planètes proches de l’étoile sont toutes des planètes « telluriques », c'est-à-dire composées de roches et donc de petite taille, tandis que les étoiles gazeuses sont forcément des géantes installées en périphérie du système stellaire, loin du foyer central ;

. enfin, puisque les planètes se forment dans un disque qui tourne avec l’étoile centrale, elles tourneront donc également toutes dans le même sens.

     Et c’est bien ce que l’on remarque avec le système solaire : les petites planètes telluriques (Mercure, Vénus, Terre, Mars) sont « intérieures », relativement proches du Soleil tandis que les géantes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) sont bien en périphérie. Par ailleurs, toutes les planètes sont situées dans ce que l’on appelle l’écliptique, ce « plan circulaire » autour du Soleil qui correspond à l’ancien disque protoplanétaire. Plus encore, leurs orbites sont elliptiques (à l’exception de Mercure, trop proche de l’étoile). Enfin, nos huit planètes tournent toutes dans le même sens.

     Du coup, tout est parfait dans le meilleur des mondes et tout le monde est content ? C’était compter sans l’avancée de l’astronomie moderne ! A présent, depuis les années 1990, on peut observer directement les planètes d’autres systèmes stellaires car ces planètes qui n’étaient que des suppositions  - ce qui valut à Giordano Bruno de mourir sur le bûcher - existent bel et bien et elles sont certainement plus nombreuses que les étoiles qu’on compte déjà par milliards… Et on commence à pouvoir les observer !

     Et c’est là que le bât blesse : les observations de planètes extrasolaires nous montrent des situations qui ne « collent pas » complètement au modèle que nous venons de voir. Comprenons-nous bien : il n’est pas question de rejeter l’ensemble de la théorie qui reste certainement valable mais il faut bien admettre qu’elle n’explique pas tout.

Faut-il revoir la théorie ?

     Presque deux milliers d’exoplanètes ont été découvertes à ce jour et ce chiffre augmente sans cesse. Certains de ces astres ont pu être assez finement étudiés et le moins que l’on puisse dire, c’est que plusieurs aspects de la théorie de la formation planétaire que nous venons de voir ont besoin d’un bon nettoyage. Citons quelques unes des principales pierres d’achoppement de notre approche théorique.

     Les Jupiter chauds. On appelle ainsi les planètes géantes gazeuses repérées tout contre leurs étoiles. C’est le cas, par exemple, de la planète HD 209458 b, également surnommée Osiris, située à 154 années-lumière de la Terre : ce « Jupiter chaud » tourne tout contre son étoile (il en est 8 fois plus proche que Mercure ne l’est du Soleil). L’année sur Osiris ne dure que 3,5 jours et sa température de surface est estimée à plus de 1000°. Comment cela est-il possible alors que, selon la théorie, une géante gazeuse ne peut naître que loin de son astre central ? Eh bien, disent les spécialistes, c’est qu’un Jupiter chaud comme Osiris est bien né loin de l’étoile mais s’en est ensuite rapproché par ce qu’on appelle une « migration planétaire ». Du coup, on peut expliquer la période orbitale ultracourte de ce type de planètes (3 à 4j contre une année sur Terre). La réponse est-elle satisfaisante ? Non. En 2004, on découvre un Jupiter chaud ayant une période orbitale de UN jour (c'est-à-dire que la planète est « collée » contre son étoile) : comment la planète peut-elle résister à de telles conditions ? En 2008, une planète gazeuse 10 fois plus grosse que Jupiter est découverte toute proche de son étoile (TW Hydrae)… qui a moins de 10 millions d’années : l’étoile étant toute jeune, il est impossible de parler de migration de la planète gazeuse (elle n’aurait pas eu le temps de se faire). Et puis que dire de ces observations récentes qui montrent que, contrairement à ce qu’on attendait, plusieurs Jupiter chauds possèdent bien moins d’eau que ne le voudrait la théorie de leur formation et de leur migration ? Qu’il faut certainement retravailler la théorie et c’est bien ce que font les scientifiques.

       La Terre géante. Découverte en 2011 par la mission Kepler de la NASA, la géante tellurique de ce système a été surnommée Godzilla tant ses dimensions sont impressionnantes : 2,3 fois le diamètre de la Terre et 17 fois sa masse ! Impossible qu’une telle planète puisse exister affirmaient les spécialistes et pourtant ! Elle tourne tout près d’une très ancienne étoile vieille de 11 milliards d’années (une naine jaune comme le Soleil) mais sa taille aurait dû en faire une géante gazeuse alors qu’elle est rocheuse (tellurique). Où se situe l’élément qui n’a pas été compris ? Là aussi, il y a bien du travail en perspective.

     La formation de planètes autour d’une étoile double (GG-Tau-A). Il y a quelques années, un astronome très très célèbre déclarait à la télévision qu’il était impossible que des systèmes planétaires puissent se constituer autour d’étoiles binaires (doubles) et a fortiori multiples. Je l’entends encore : il était catégorique et affirmait en souriant benoîtement que les orbites desdites planètes seraient bien trop instables, les irrégularités de mouvement excessives, etc... Eh bien, raté ici aussi ! L’exoplanétologie a découvert que la majorité des étoiles multiples (les plus répandues dans l’Univers) possède des systèmes planétaires. Le système GG Tau-A, par exemple, est situé à 450 années-lumière de nous dans la constellation du Taureau. Il s’agit d’un tout jeune système en train de se former, un ensemble composé de trois étoiles dont une binaire (c'est-à-dire elle-même composée d’un système de deux étoiles tournant l’une autour de l’autre). Comme elles sont jeunes,  on peut encore voir les disques d’accrétion gazeux qui les entourent et, surprise, il existe un grand disque autour de l’ensemble du système et des disques secondaires autour de chacune des étoiles, y compris la binaire : c’est là qu’est en train de se former tout un aréopage de planètes. D’ailleurs, on pense bien y avoir déjà mis en évidence une géante gazeuse. La théorie de formation des planètes n’était donc pas complète !

     Le sens de rotation des planètes. C’était entendu une fois pour toutes : les planètes se forment dans le disque d’accrétion de la protoétoile, une fois celle-ci « allumée », et se mettent à tourner dans le même sens qu’elle. C’est d’ailleurs le cas du système solaire. Malheureusement, l’observation de systèmes exoplanétaires ne confirme pas la théorie. Il s’agit encore de Jupiter chauds (ils sont plus faciles à détecter et à observer…) qui ne suivent pas le modèle : ainsi sur 27 exoplanètes découvertes il y a quelque temps, six d’entre elles ont été détectées orbitant dans le sens contraire de celui de leur étoile. Comment expliquer ce paradoxe ? Une théorie alternative de migration a été avancée, expliquant que la « migration » de ces planètes ne dépendrait pas du disque de poussières de départ mais des forces gravitationnelles dues à des planètes plus lointaines, voire d’autres étoiles assez proches. Bref, on n’est absolument sûr de rien…

     Le disque protoplanétaire de HL Tauri. Enfin, pour clore cette liste d’interrogations, signalons la plus récente de ces anomalies : la magnifique photo qui sert d’accroche à ce sujet est extraordinaire précisément parce qu’il s’agit d’une photographie, c'est-à-dire la réalité vraie et non pas un schéma reconstitué ou une « vue d’artiste » comme on en voit souvent en astronomie faute de mieux… Et que nous montre ce cliché ? Tout simplement un système planétaire en cours de formation avec un luxe de précision jusqu’ici inégalé. Le cliché a été pris par l’observatoire européen ALMA au Chili au mois de septembre dernier (2014) et concerne le système tout neuf HL Tauri qui, comme son nom l’indique, se trouve, lui aussi, dans la constellation du Taureau, mais à environ 450 années-lumière du Soleil. Cette étoile n’a qu’un million d’années d’existence (ce qui en fait un bébé étoile) et elle n’est pas visible à l’œil nu, de même qu’elle ne peut être correctement aperçue par les télescopes terriens voire le télescope spatial Hubble : elle est encore cachée au sein de la nébuleuse de gaz qui lui a donné naissance. Il fallait le radiotélescope d’ALMA qui observe le ciel dans les longueurs d’onde submillimétriques, c'est-à-dire celles qui concernent le rayonnement des poussières les plus froides de l’Univers, pour dégager une image réellement exploitable. On y voit donc au centre la protoétoile pas encore allumée et, autour d’elle, les cercles concentriques traduisant la formation déjà assez avancée des planètes. C’est une énorme surprise puisque, selon la théorie jusque là en vigueur, on pensait qu’il fallait plusieurs millions d’années pour que les planétésimaux s’assemblent pour former les planètes définitives. Cela peut paraître anecdotique mais ça ne l’est pas. En effet, si les planètes se forment après leur étoile, elles devront se contenter des gaz résiduels… s’il y en a. En revanche, si elles se forment en même temps, cela veut dire que toutes les étoiles sont potentiellement entourées de planètes… peut-être par dizaines. Or, souvenons-nous : il y a environ 250 milliards d’étoiles dans la seule Voie lactée (et des milliards de galaxie comme elle dans l’Univers). Cela veut probablement dire que le nombre de planètes dans notre Univers dépasse l’entendement humain… Et il n’y en aurait aucune autre qui ressemble à la Terre ? Je ne peux le croire et, de toute façon, c’est statistiquement impossible.

La théorie de la formation planétaire est à revoir

     Comme le montrent les exemples « d’anomalies » théoriques et/ou réelles que nous venons d’énumérer, la formation des planètes dont nous pensions connaître l’essentiel est certainement à revoir, au moins en partie. Il faut absolument comprendre la place de ces planètes gazeuses géantes surnommées Jupiter chauds qui n’existent pas dans notre système solaire et, d’une façon plus générale, comment se distribuent les différentes planètes dans l’histoire de leur genèse. Disons que, pour l’instant, nous avons une approche plutôt globale de la question et qu’il reste bien des incertitudes à approfondir. D’ailleurs, il n’est pas dit que de futures observations, encore plus précises, ne nous apporteront pas de nouvelles interrogations.

     En définitive, c’est bien cela la science : avancer à petits pas, tirer un enseignement général d’une foule d’observations plus ou moins disparates et ne pas hésiter à tout repenser face à la réalité de l’observation. Le dogmatisme ici ne peut déboucher sur rien de valable.

Sources

1. fr.wikipedia.org

2. www.techno-science.net/

3. Encyclopaedia Britannica

4. www.astronomes.com

5. www.redshift-live.com

6. www.futura-sciences.com

Images

1. l'étoile en formation HL Tauri (sources : www.eso.org/)

2. nébuleuse stellaire (sources : www.cnrs.fr)

3. disque protopla,étaire (sources : ast.obs-mip.fr)

4. planétésimaux (sources : irfu.cea.fr) 

5. Saturne (sources : maxisciences.com)

6. Jupiter chaud (sources : lecosmographe.com)

7. Mizar et Alcor (sources : irfu.cea.fr)

8. radiotélescope ALMA (sources : www.eso.org/)

(pour lire les légendes des illustrations, posser le pointeur de la souris sur l'image)

Mots-clés : exoplanétologie - supernova - fusion nucléaire - planétésimaux - disque d'accrétion - planète tellurique - géante gazeuse - Jupiter chaud - ecliptique - migration planétaire - étoile double (ou binaire) - observatoire ALMA

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

Sujets apparentés sur le blog

1. place du Soleil dans la Galaxie

2. étoiles doubles et systèmes multiples

3. origine du système solaire

       Dernier sommaire général du blog : cliquer ICI

l'actualité du blog se trouve sur FACEBOOK

mise à jour : 17 mars 2023

     Aussi loin que remonte l'histoire de l'Homme, il semble que sa curiosité et son imaginaire l'aient attiré vers les étoiles. Bien avant le temps du modernisme et de la technique, les Anciens avaient déjà cherché à expliquer cette profusion de joyaux scintillants qui parsemaient leurs ciels nocturnes ; ils désiraient comprendre la signification profonde de ces décors en apparence mobiles au fil des nuits mais suffisamment fixes toutefois pour revenir, immuables et lointains, selon le rythme des saisons. Mélangeant science balbutiante et mystique incertaine, toutes les grandes civilisations du passé ont accordé aux étoiles une place prépondérante dans l'avancée de leurs destinées et, afin de les mieux repérer, les ont répertoriées selon des critères qui, tous, faisaient appel à des constructions théoriques. C'est ainsi que, traçant des lignes imaginaires reliant ces soleils dont ils ne comprenaient pas encore la nature, leurs savants ont édifié de subtiles constructions géocentriques : les constellations. Que ces lignes abstraites, unissant des étoiles sans lien aucun, ne soient identifiables que de la Terre seule n'avait aucune importance aux yeux des habitants puisque leur unique univers était leur planète. Ces repères servaient essentiellement aux voyageurs de la Terre des origines – les caravanes traversant les étendues désertiques puis les marins s'aventurant sur des mers inconnues – ainsi qu'à quelques astronomes des Religions.

      Pour calmer son angoisse existentielle, l'Homme a toujours eu besoin de s'en rapporter à des instances supérieures, inaccessibles, et dont les seules traces de leur existence résident dans des « signaux » qu'il convenait d'interpréter. Les étoiles ont longtemps tenu ce rôle puisque l'on ignorait tout de leur vraie nature : jusqu'à encore peu, la plupart pensait qu'il s'agissait, suivant Ptolémée, de « joyaux » accrochés sur une sphère extérieure à la Terre. L'astronomie a heureusement remis tout cela en perspective. Ah, l'astronomie... Certainement une des plus belles disciplines scientifiques - qui ne peut qu'observer et jamais toucher (ou si peu) - et qui révèle tout le génie de l'Homme, capable, à force d'observations et de contre-observations, d'expériences indirectes et de développement de ses outils d'analyse, de suggérer, de prédire, de comprendre enfin.

      Venue des temps anciens, et hélas seulement séparée d'elle par deux petites lettres, l'astrologie croit pouvoir expliquer l'Univers et surtout anticiper l'avenir. A l'échelle de l'individu, elle prétend prédire le futur des uns et des autres, comme si celui-ci était inscrit par avance dans un grand dictionnaire de l'Humanité. Quels matériaux utilise-t-elle pour asseoir ses certitudes ? Les planètes, bien sûr, mais aussi les étoiles ou plus précisément leur agencement sous la forme de constellations ce qui, on l'a dit, relève de l'absurde : une constellation n'est qu'une vue théorique, créée par l'Homme pour repérer plus facilement les étoiles depuis la Terre et ne représentant rien de réel.

     Prenons un exemple : la constellation du Scorpion, essentiellement visible de l'hémisphère austral. On peut la décrire de deux manières : littéraire ou astronomique.

     * littéraire  (j'ai écrit ces lignes il y a quelques années) : le Scorpion est une superbe constellation, peut-être une des plus remarquables qu'il soit donné d'observer par une belle nuit sans lune. Il est dominé par la géante rouge Antarès, une immense étoile incandescente, surveillée de près par les scientifiques redoutant sa transformation possible en supernova. Antarès unit la tête de l'arachnide à son corps et par sa magnificence éclipse tous ses autres partenaires imaginaires. C'est ainsi que l'œil même averti n'accorde guère d'attention aux derniers astres de la constellation, ceux qui composent la queue recourbée du prédateur céleste, notamment Shaula, l'ultime soleil du groupe, la pointe du dard dans le bestiaire cosmique des anciens.

     * astronomique : la constellation du Scorpion, traversée par l'écliptique et appartenant de ce fait au zodiaque, s'inscrit surtout dans une très riche région de la Voie Lactée. Antarès est l'étoile la plus brillante de la constellation du Scorpion. Géante rouge de type spectral M1 en fin d'existence, elle nous apparaît bien rouge (son nom, qui signifie Rivale de Mars, se réfère à cette caractéristique). Elle est située à 700 années-lumière et sa magnitude absolue est autour de -5,28, soit une luminosité 10 000 fois supérieure à celle du Soleil. Les autres étoiles composant cette constellation sont respectivement : Argas (distance : 270 années-lumière ou al) ; Epsilon (distance : 65 al). Kappa (distante de 500 al) ; Upsilon (à 500 al) ; Tau (400 al) ; Pi (à 500 al) ; Acrab ; Dschubba ; Lesath, autre étoile multiple, (108 al) ; Alniyat, étoile massive bleue à 800 al ; Grafias correspondant à deux étoiles rapprochées par la perspective : Dzêta-1 Scorpii, supergéante bleue et Dzêta-2 Sco, une géante rouge, éloignée de 116 al, qui brille comme cent mille soleils et est 60 fois plus massive que le nôtre ; Shaula en fait trois étoiles associées distantes de 700 al ; Xi Scorpii, étoile double, à 68 al.

(sources : Imago Mundi, http://www.cosmovisions.com/sco.htm).

     On comprend bien que ces étoiles n'ont absolument rien en commun mise à part leur proximité apparente dans un coin de notre ciel terrestre. Certaines d'entre elles sont très éloignées et très lumineuses, d'autres plus proches mais moins brillantes. Une illusion géométrique...

  
     Ce qui est vrai pour le Scorpion l'est à l'évidence aussi pour toutes les autres constellations. Dès lors, comment ces corps célestes épars pourraient-ils avoir une quelconque influence sur nos destinées ? Non, le Zodiaque est une construction imaginaire héritée d'un passé d'ignorance. L'astrologie aussi...

 

 

 

Glossaire

 

* écliptique : grand cercle sur la sphère céleste représentant la trajectoire annuelle du soleil vue de la Terre

  
* zodiaque : le zodiaque est le nom de la zone dans les cieux autour de l'écliptique où sont observés les déplacements du Soleil ainsi que des planètes. Le nom « zodiaque » vient du mot grec zodiakos, « cercle de petits animaux » Ce nom vient de ce que toutes les constellations du Zodiaque (sauf la Balance, anciennement partie du Scorpion) figurent des créatures vivantes.

  
* magnitude : en astronomie, la magnitude mesure la luminosité - depuis la Terre - d'une étoile, d'une planète ou d'un autre objet céleste. Elle peut-être apparente ou absolue. Cette grandeur a la particularité d'avoir une échelle logarithmique inverse.

 
* année-lumière : c'est la distance parcourue par un photon (ou plus simplement la lumière) dans le vide, en dehors de tout champ gravitationnel ou magnétique, en une année julienne (365,25 jours ; soit : 31 557 600 secondes). La vitesse de la lumière dans le vide étant (par définition) de 299 792, 458 km/s, une année-lumière est approximativement égale à 9 460 milliards de km.

 

 

 

Brève : la Lyre au zénith (autre exemple)

  

   C'est l'une des plus petites et des plus jolies de toutes les constellations : la Lyre passe au zénith, entre 22 heures et 1 heure du matin, durant tout le mois d'août. Bordant la voie lactée, elle est facile à reconnaître, dessinant un petit losange accroché à la brillante étoile Véga. Apparemment, toutes les étoiles de la Lyre semblent situées à la même distance, comme piquées sur la voute céleste. C'est bien sûr une illusion, et la constellation de la Lyre n'a aucune réalité physique : Véga se trouve à 25 années-lumière de la Terre et les quatre étoiles du losange, Dzéta, Sulaphat, Sheliak et Delta, se situent respectivement à 150, 630, 900 et 1000 années-lumière !

(Serge Brunier, Science & Vie, n° 1103, août 2009)

 

Images

 

1. jeunes étoiles dans M 103 (amas ouvert dans Cassiopée)

2. constellation du Scorpion (source : membres.lycos.fr/nlonv/)

3. Universum, C. Flammarion, gravure sur bois, Paris 1888, Coloris : Heikenwaelder Hugo, Vienne 1998 (sources : www.astrofiles.net)

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

 

 

Mots-clés :  astronomie - astrologie - constellations - constellation du Scorpion - Antarès - zodiaque

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

 

 

 

Dernier sommaire général du blog : cliquer ICI

 

l'actualité du blog se trouve sur FACEBOOK

   

 

Mise à jour : 27 mars 2023

Dans mon dernier sujet d’astronomie, j’évoquais l’apparition des premières galaxies et les interrogations que suscite leur création (voir sujet : les premières galaxies ) ; il y était question de courants « froids », nouvelle théorie qui venait s’opposer à celle, classique, selon laquelle ce sont des courants de gaz bien plus chauds qui seraient à l’origine des premières concentrations d’étoiles (voir sujet : le Big bang et le début de l’Univers ) ; dans les deux cas, on aboutissait à la formation de ces premières galaxies par la condensation d’immenses filaments de gaz.

Preuve que l’astronomie – ou plutôt ici la cosmologie scientifique – est en pleine effervescence, voici qu’interviennent à présent de nouveaux personnages : les quasars, objets les plus brillants de l’Univers, d’autant plus brillants qu’on regarde loin, c’est-à-dire dans le passé, et supposés traduire la présence de gigantesques trous noirs galactiques. On finit par s’y perdre : est-il envisageable de comprendre ce qu’il s’est passé lors des tout premiers moments de l’Univers ?

Les acteurs en présence

·         Le Big bang

Sans revenir sur les détails (déjà longuement évoqués) de la théorie, rappelons seulement qu’il aura fallu environ 300 000 ans pour que le monde devienne transparent et que les atomes de la matière puissent se créer et se stabiliser. Avant, il n’y avait qu’un magma initial incommensurablement chaud et c’est en refroidissant que ce magma a donc permis l’apparition de la lumière et de la matière que nous connaissons. De ce moment bien précis, il reste le rayonnement fossile (ou cosmologique, voir le sujet : fonds diffus cosmologique), encore perceptible dans toutes les directions célestes. Ensuite, la matière s’est condensée pour former les premières étoiles.

·         Les filaments cosmiques

La répartition des galaxies dans l’Univers n’est pas homogène : celles-ci se distribuent le long de filaments "cosmiques", créés juste après le Big bang et séparés par d’immenses étendues de vide, un peu comme les limites de bulles gigantesques placées côte à côte. La condensation des gaz par l’effet des forces gravitationnelles aurait permis la création le long de ces filaments des premières galaxies dont on comprend dès lors la répartition spéciale.

·         Les quasars

Lorsqu’on observe les galaxies, le plus souvent on trouve en leurs centres des objets très lumineux, les quasars (ou quasi-stellar radio-sources). Il est même arrivé que ces objets extraordinaires aient pu être confondus avec de véritables étoiles car leur intense lumière éclipsait celle des étoiles de la galaxie au sein de laquelle ils siègent (un article presque entier leur a déjà été consacré). Il aura fallu bien des observations et des controverses pour qu’on soit pratiquement certains aujourd’hui que ces quasars sont les signes indirects de trous noirs galactiques. Il faut par ailleurs noter que, plus on regarde loin dans le passé, plus ces quasars sont lumineux.

·         Les trous noirs

Il existe différentes variétés de trous noirs mais ceux qui nous intéressent aujourd’hui sont les trous noirs galactiques, c'est-à-dire ceux siégeant au centre d’une galaxie (chaque galaxie – y compris la nôtre – est supposée en posséder un). Dans les premiers temps, ces trous noirs (dont, rappelons-le, rien ne peut s’échapper, pas même la lumière) avaient beaucoup d’étoiles à leur portée et donc une activité intense : ils ont, bien sûr, grossi mais autour d’eux s’est progressivement créé un espace vidé de ses étoiles d’où leur baisse de vitalité. Comme leur activité est visible indirectement sous la forme de quasars, on comprend que ces derniers aient été bien plus lumineux et gigantesques par le passé et que, dans la plupart des galaxies proches, on ne mette plus en évidence que des « miniquasars ».

Jusqu’aux environs des années 2000, il n’y avait guère de suspense : les galaxies s’étaient créées par densification et accrétion des nuages de gaz, sous l’effet de la gravité, le long des filaments cosmiques. Une observation plus fine devait donc permettre de trouver dans le ciel lointain - celui des débuts - de petites galaxies devenant de plus en plus massives au fur et à mesure de leur vieillissement. On a donc demandé au télescope Hubble de nous confirmer tout ça… et c’est alors que la surprise a été de taille.

Les nouvelles observations de Hubble

On ne dira jamais assez tout l’intérêt scientifique qu’aura représenté (et représente encore dans l’attente de son successeur) le télescope spatial Hubble. Pour la première fois de son histoire, grâce à lui, l’Humanité a pu s’affranchir de sa planète et de son atmosphère quasi-oblitérante pour des observations visuelles de longue durée, incomparables en finesse et en pureté (dans d’autres domaines, notamment dans le non visuel, les observatoires terrestres internationaux du Chili sont également très performants). Un des domaines de prédilection du télescope Hubble est le ciel lointain, autrement dit le champ extragalactique, et, là, le moins que l’on puisse affirmer, c’est que les résultats de ses observations ont jeté un certain doute sur les théories alors en vigueur.

·         Des galaxies au plus loin de ce que l’on observe

Avant Hubble, on pensait qu’il avait fallu un certain temps, estimé au minimum à 1 ou 2 milliards d’années après le Big bang, pour qu’apparaissent les premières galaxies, une durée qui semblait suffisamment raisonnable pour la création et le rassemblement notable des toutes premières étoiles. Au fil des années, Hubble a observé de plus en plus loin dans l’espace (et, donc, comme on l’a déjà dit, dans le passé). Seulement voilà : en repoussant les limites d’observation de 5 à 6 milliards d’années-lumière jusqu’à récemment plus de 13 milliards d’années-lumière (soit 6 à 700 000 ans après le Big bang), on a eu une grosse surprise : même si loin dans le passé, il y a quand même des galaxies et en nombre… Premier accroc à la théorie jusque là admise.

·         Des galaxies géantes depuis le début

Classiquement, la théorie prévoyait un fait parfaitement logique : les galaxies se seraient formées peu à peu, par réunion de conglomérats d’étoiles. Du coup, dans cette vision, les galaxies sont d’abord petites puis grossissent lentement avec le temps jusqu’à former, des milliards d’années plus tard, des galaxies géantes. Oui mais ce n’est pas ce qui a été découvert par le télescope : ses clichés sont formels et des galaxies géantes (regroupant plus de mille milliards d’étoiles alors que, pour mémoire, la Voie lactée, notre galaxie, n’en renferme « que » 150 à 200 milliards) sont observables dès le premier milliard d’années après le Big bang. Comment cela est-il possible ? Deuxième accroc.

·         les trous noirs massifs des premières galaxies

Il est parfaitement possible de calculer pour chaque galaxie le rapport entre leur masse proprement dite et celle de leur trou noir central et là aussi les chiffres recèlent des surprises apparemment difficiles à expliquer. Pour les galaxies (relativement) proches, situées entre 1 et 6 milliards d’années-lumière, on trouve un rapport d’environ 700. Énoncé autrement, cela veut dire que ces galaxies « pèsent » approximativement 700 fois plus que leur trou noir. En observant plus loin, vers 10 milliards d’années-lumière, le rapport tombe à 300/400… et même à 200 pour les galaxies du début, vers 12 milliards d’années-lumière. Les calculs sont vite faits car, la matière étant toujours la même, il n’y a qu’une explication envisageable : les trous noirs du lointain passé étaient (beaucoup) plus massifs que les plus récents.  Comment faire coïncider cette découverte avec une théorie crédible ? Troisième accroc.

La théorie des trous noirs créateurs

C’est à ce stade des réflexions que la presse spécialisée s’est faite récemment le porte-parole d’une nouvelle approche : ce ne serait pas les étoiles qui auraient été formées en premier, juste après le Big bang, mais des trous noirs supermassifs dont l’activité aurait engendré les premières étoiles et galaxies.  Il s’agit d’une toute nouvelle théorie présentée par un astrophysicien du nom de David Elbaz (CEA de Saclay) et elle mérite, semble-t-il, qu’on s’y attarde un peu. 

Contrairement aux théories classiques, les trous noirs préexisteraient, on vient de le dire, à tout le reste. On connait ce type d’objets, forcément de façon indirecte puisqu’ils ne sont par définition pas visibles, grâce aux quasars qui les entourent : ces derniers, les sources les plus brillantes du ciel, sont probablement le résultat de la consumation de la matière absorbée par un trou noir ; c’est le seul moyen d’expliquer leur toute petite taille alors que leur luminosité dépasse parfois celle de la galaxie entière où ils se trouvent !

Imaginons-donc un quasar très actif, témoin du trou noir « phagocyteur » de matière qu’il entoure : les monstrueux jets de gaz propulsés par le trou noir tandis qu’il détruit la matière (voir le sujet trous noirs) provoquent dans un premier temps l’augmentation de sa taille ; par la suite, les tourbillons de gaz qui l’entourent entraînent la création d’un fantastique champ magnétique et c’est aux deux pôles de celui-ci que des faisceaux de gaz brûlant jaillissent pour traverser l’espace de part et d’autre du trou noir. Rencontrant alors des nuages d’hélium et d’hydrogène, ces faisceaux provoquent une considérable augmentation de la température locale et donc des réactions de fusion nucléaire : la conséquence en est connue et c’est l’éclosion de nouvelles étoiles pouvant assez rapidement s’agglutiner de manière à former des ensembles galactiques… Voilà une façon assez logique d’expliquer la présence très précoce de galaxies dans le passé de l’Univers. D’ogres abominables détruisant toute matière à sa portée, le trou noir, tel un Janus astronomique, est également propulsé au rôle de créateur d’étoiles !

Qu’en pense le petit microcosme de l’astronomie moderne ? Eh bien, comme toujours, il est divisé : certains sont enthousiasmés par cette nouvelle approche conceptuelle tandis que d’autres sont plus que sceptiques, avançant que le gaz entourant le quasar n’est que repoussé au loin sans création de nouvelles étoiles. La solution viendra peut-être d’une approche intermédiaire : le titulaire de la chaire d’astronomie de l’université d’Oxford déclarait récemment qu’il était possible que les trous noirs créent dans un premier temps des myriades d’étoiles avant que les gaz ne soient repoussés par sa force conjuguée au souffle de l’explosion des supernovae nouvellement formées.

L’avenir du passé

La barrière d’observation indépassable (étant donné, en tout cas, l’état actuel de nos connaissances) reste ce rayonnement fossile déjà évoqué, témoin de l’apparition de la lumière. Le télescope Hubble nous a permis de nous approcher de manière relativement fine jusqu’à environ 600 000 années-lumière du Big bang, c’est-à dire à quelques centaines de milliers d’années du point de départ (visible) ; la période encore manquante entre les observations de Hubble et le rayonnement fossile est probablement la plus intéressante de l’histoire de notre univers puisque son décryptage permettrait de trancher de façon presque définitive sur la formation des premières étoiles : on pourrait ainsi savoir quelle était la véritable nature des nuages de gaz concernés, pourquoi (et comment) la répartition des galaxies est ce qu’elle est, si les trous noirs primordiaux ont réellement contribué à l’amorce des galaxies, bref, toutes ces questions fondamentales qui passionnent la communauté astronomique internationale. Or, nous ne sommes pas très loin d’aboutir : dans quelques années, le successeur de Hubble, le télescope spatial James Webb, plus performant et bénéficiant de l’expérience de son illustre prédécesseur, sera enfin lancé et il devrait nous apporter les réponses à toutes ces questions. Peut-être.

Sources : Science & Vie, 1111, avril 2010

Images

1. ciel extragalactique : la nébuleuse d'Andromède m31 (sources : faculty.physics.tamu.edu)

2. filaments cosmique (simulation) (sources :  www.insu.cnrs.fr)

3. le quasar 3C 273 (sources : www.physics.uc.edu) 

4. fusion de galaxies (sources :  www.astronoo.com)

5. trou noir (vue d'artiste) (sources : boulesteix.blog.lemonde.fr) 

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

Mots-clés : galaxies premières - Big bang - cosmologie scientifique - quasars - rayonnement fossile (fonds diffus cosmologique) - filaments cosmiques - trous noirs galactiques - télescope spatial Hubble (en anglais et en français) - David Elbaz - télescope spatial James Webb

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

Sujets connexes sur le blog :

1. avant le Big bang

2. les étoiles primordiales

3. la théorie des cordes ou l'Univers repensé

4. les premières galaxies

5. Big bang et origine de l'Univers

6. trous noirs

7. les galaxies

8. pulsars et quasars

Dernier sommaire général du blog : cliquer ICI

      l'actualité du blog se trouve sur FACEBOOK

Mise à jour : 2 mars 2023

   Aujourd’hui, les scientifiques nous affirment que, en mars 2018, plus de 5000 exoplanètes (c’est-à-dire de planètes existant dans des systèmes stellaires autres que le nôtre) ont été mises en évidence. Toutefois, c’est au mois d’avril 2014 qu’a été publiée la dernière statistique réellement fiable du nombre d’exoplanètes : le total s’élevait alors à 1783 correspondant à 1105 systèmes stellaires (dont 460 multiples). Bien entendu, pour ces 1105 systèmes il s’agit uniquement des planètes visibles par nos outils encore imprécis et il y a gros à parier que nombre d’entre elles restent ignorées, notamment les petites planètes telluriques comme la Terre.

    En réalité, puisque la Voie lactée contient environ 200

milliards d’étoiles, c’est probablement plusieurs centaines de milliards de planètes qui peupleraient notre seule galaxie et, d’après une étude récente, environ 8,8 milliards d’entre elles seraient semblables à la Terre… Un nombre gigantesque et en fait inaccessible à notre entendement  ! On trouvera un certain nombre d’informations sur ces exoplanètes - notamment sur les méthodes de détection - dans l’article dédié à ce sujet ICI .

   D’autre part, dans le système solaire, si Mercure ne possède aucun satellite, Jupiter en compte 69, Saturne une soixantaine, etc. et puisqu’il n’y a aucune raison pour que notre système soit exceptionnel, il est plus que probable qu’il existe encore plus de lunes naturelles dans la Voie lactée que de planètes. Néanmoins, en raison de leur petite taille comparée à celle de l’étoile centrale de leur système, aucune d’entre elles n’a encore été mise en évidence et, du coup, chez les scientifiques spécialistes de la question, c’est la course à celui qui, le premier, en identifiera une.

   Précisons enfin qu’évoquer le nombre de lunes possiblement existantes dans l’Univers n’a rien d’un exercice gratuit car, comme on le verra, ce sont elles qui sont les meilleures candidates pour abriter une forme de vie.

Quelles conditions à l’apparition de la Vie ?

   Nous avons déjà évoqué les conditions indispensables pour que la Vie puisse apparaître sur une planète (voir : le sujet dédié ici). Rappelons brièvement les principales d’entre elles :

* le temps : il a fallu plus de trois milliards d’années pour que la Vie telle que nous la connaissons apparaisse sur Terre et on imagine facilement qu’il en est probablement de même un peu partout dans l’Univers. Une étoile de type naine jaune comme le Soleil semble être le type stellaire le mieux adapté à de telles longueurs de temps mais, d’un autre côté, les naines rouges, notoirement moins rayonnantes (mais à la longévité largement plus importante) sont en revanche bien plus nombreuses…

*  se trouver dans la zone habitable d’un système stellaire : trop près de l’étoile, la planète serait brulée et incapable de voir se développer la Vie, exposée qu’elle serait aux multiples radiations stellaires et à la chaleur intense. À l’inverse, trop éloignée de l’étoile centrale, le sol gelé d’une planète glacée serait incapable de permettre la présence permanente d’eau liquide dont on peut penser qu’elle est indispensable au développement d’une matière vivante telle qu’on la connait ;

*  la présence d’un champ magnétique important susceptible de dévier les rayons cosmiques et autre vent solaire dont l’impact trop intense risque de dégrader les fragiles structures cellulaires du vivant. La Terre possède un tel champ magnétique qui protège ses habitants biologiques mais la Lune, par exemple, en est pratiquement dépourvue ;

* la souplesse de la croûte terrestre : une dérive des continents et la recomposition au fil du temps des différentes plaques tectoniques permet tour à tour le brassage et l’isolation des populations vivantes : c’est ce phénomène qui entraîne, par la sélection naturelle, l’évolution des espèces, du coup bien difficile à concevoir sur une planète rigide ;

* l’existence de planètes géantes dont la présence est une sorte

de bouclier pour les planètes plus petites puisqu’elle leur évite

d’être trop souvent bombardées par les différents bolides croisant dans le système stellaire concerné

*  et l’eau, certainement indispensable.

   Pour que les conditions d’apparition de la Vie soient réalisées, il faut aussi compter sur l’absence de certains facteurs contraires comme, l’existence trop proche d’un trou noir géant (il en existe très certainement au centre de chaque galaxie), la proximité d’une supernova dont le rayonnement serait délétère pour une vie organique et, peut-être, une trop grande densité stellaire (et les perturbations gravitationnelles alors engendrées).

   Au total, on voit que les conditions nécessaires à l’éventuelle éclosion de la Vie sont nombreuses et variées mais, comme cela a été noté plus haut, le nombre de planètes possiblement candidates pour ressembler à la Terre est extraordinairement élevé, que ce soit comme planètes « indépendantes » ou comme satellites naturels d’une authentique planète.

Les lunes, meilleures candidates pour abriter la Vie ?

   C’est en tout cas ce que prétendent certains scientifiques. Pour eux, les lunes présentent d’énormes avantages : elles sont, par exemple, assez petites (comparées aux planètes) et, du coup, il y a peu de risques qu’une lune soit gazeuse mais bien plus sûrement une planète rocheuse plus hospitalière pour la matière vivante… D’autre part, un satellite naturel tourne autour d’une planète qui ne peut que le protéger des radiations nocives par son champ magnétique.

   On comprend toutefois que, si la détection d’une exoplanète est difficile, celle d’une exolune, bien plus petite, est quasiment impossible compte-tenu de la faiblesse de nos outils actuels, en tout cas au sol. Le meilleur détecteur de lunes reste en fait le télescope spatial Kepler lancé par la NASA en 2009 et qui a principalement recours à la méthode des transits. Rappelons

que, en astronomie, un transit est un phénomène qui se produit lorsqu'un objet céleste s'intercale entre l'observateur et un autre objet, le premier objet paraissant alors se déplacer devant le deuxième. Dans le cas présent, d’infimes variations dans la luminosité de l’étoile étudiée peuvent être dues au passage d’un corps bien plus petit devant elle. Résultats ? Sur plus de 1000 exoplanètes étudiées, un seul espoir (qui reste à confirmer) baptisé Kepler-1625b-I : nous aurons l’occasion d’y revenir.

   Pourquoi n’a-t-on pas eu jusqu’à présent plus de succès dans cette quête des exolunes ? Une des raisons principales est le domaine d’activité de Kepler. En effet, afin d’être le plus efficace possible dans sa recherche d’exoplanètes, le télescope spatial étudie essentiellement les planètes qui sont relativement proches de leurs étoiles. Toutefois, plus une planète est proche de son étoile, plus les lunes éventuelles qui tournent autour d’elle sont instables : la gravitation de l’étoile peut tout simplement arracher la lune à l’emprise de sa planète et la projeter vers l’extérieur en en faisant une planète à part entière. À moins que, à l’inverse, elle ne l’attire et la détruise. Les lunes stables sont plus éloignées de leurs étoiles mais Kepler ne les étudie pas : de ce fait, si on s’en tient aux critères d’observation retenus ici, aucune des 170 lunes existant dans le système solaire n’aurait été détectée  !

   C’est la raison pour laquelle les scientifiques mettent beaucoup d’espoir dans deux outils à venir, CHEOPS et TESS.

* CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite ou, en français, satellite de caractérisation des exoplanètes) est un petit

satellite développé par l’Agence Spatiale Européenne et la Suisse qui doit être mis en orbite vers la fin de l’année 2018. Sa mission n’est pas de rechercher des exoplanètes (c’est le rôle de Kepler) mais d’étudier celles déjà identifiées dans un environnement relativement proche du système solaire, en essayant notamment de caractériser leurs atmosphères si elles existent. On comprend donc que CHEOPS pourra également identifier dans le même mouvement certains satellites orbitant autour de ces exoplanètes ;

* TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite  et, en français, satellite de relevé des exoplanètes en transit) sera quant à lui lancé en juin 2018. D’origine américaine (MIT/NASA), il s’agit également d’un petit télescope chargé de détecter les planètes telluriques gravitant dans les zones habitables d’étoiles proches de nous. TESS s’appuiera sur les observations de Kepler pour étudier les étoiles de petite taille  de type spectral G (celui du Soleil) et K. Sa particularité est que, à l’inverse des grands

télescopes comme Kepler ou Corot qui observent longtemps une petite fraction du ciel, TESS scrutera l’ensemble de la voûte céleste. Les scientifiques de ce projet parient sur un total de nouvelles exoplanètes découvertes compris entre 1000 et 10 000, le relais étant ensuite pris par la grand télescope spatial James Webb qui sera lancé en 2019 pour succéder au télescope spatial Hubble. Comme pour CHEOPS, les spécialistes de la question espèrent bien découvrir au passage quelques exolunes.

Exolunes : un seul candidat sérieux… pour le moment

   Sur plus de 280 exoplanètes étudiées d’après les observations du télescope Kepler, un seul candidat au titre d’exolune a, évoquions-nous, jusqu’à présent été identifié, ce qui semble peu. Toutefois, compte tenu des réserves exprimées plus haut, on comprend assez facilement l’indigence d’un tel résultat.

   La planète qui pourrait abriter la première exolune à être découverte s’appelle Kepler-1625b (b car la deuxième planète du système). Située à environ 4000 années-lumière du Soleil, l’étoile Kepler-1625 se trouve dans la constellation du Cygne et

l’exoplanète concernée est une géante du type de Jupiter. Sa

taille est d’environ 6 à 12 fois celle de notre géante gazeuse et

elle tourne autour de son étoile en un peu moins de 300 jours. Bien plus important est le fait que cette exoplanète semble se situer dans la zone habitable stellaire de son étoile. De ce fait, sa lune (de la taille de Neptune soit quatre fois celle de la Terre) devient un réel candidat potentiel au développement de la vie. Bien entendu, tout ceci mérite confirmation et approfondissement mais les scientifiques comptent beaucoup sur le télescope Hubble pour en savoir un peu plus : le calendrier de ce dernier étant particulièrement chargé, il faudra attendre encore quelques mois pour en avoir le cœur net.

L’avenir est prometteur

   Nous n’en sommes manifestement qu’au début du repérage (et de l’observation) d’exolunes. Les outils mis à la disposition des scientifiques progressant sans cesse, il convient par conséquent de s’armer de patience. Dans quelques années, nos instruments permettront non seulement d’identifier ces astres si convoités mais surtout d’y rechercher des traces de vie organique (étude des atmosphères, présence de certains composants propres à la vie, etc.). Si ces observations finissaient par se révéler payantes, ce serait une véritable révolution conceptuelle sur l’origine de la vie dans son acceptation la plus générale. Et cela même si ces mondes lointains restent totalement hors de notre portée : il faut 4000 ans à la vitesse de la lumière pour rejoindre une planète comme Kepler-1625b et, évidemment, beaucoup plus pour un quelconque engin de fabrication humaine. Ce qui n’empêchera certainement pas les scientifiques de braquer avec avidité leurs divers outils d’observation vers ces terres apparemment inaccessibles.

Sources

* Science & Vie, n° 1203, décembre 2017

* encyclopaediae britannica

* wikipedia

* revue Ciel et Espace

Images

1. vue d’artiste d’une exolune (sources : OVNI-France.fr)

2. des étoiles en grand nombre (sources : rtl.fr)

3. planète géante (sources : www.lecosmographe.com)

4. transit stellaire (sources : www.odyssespace.fr)

5. CHEOPS (sources : cheops.unibe.ch)

6. TESS (sources : You Tube)

7. vue d'artiste de Kepler-1625b (sources : news.rambler.ru)

Mots-clés : naine jaune - naine rouge - zone habitable planétaire - champ magnétique - dérive des continents - sélection naturelle - télescope spatial Kepler - Kepler-1625b

Sujets apparentés sur le blog

1. planètes extrasolaires

2. la formation des planètes

3. vie extraterrestre (1 et 2)

4. la voie lactée

5. l'énigme de la formation de la Lune

Dernier sommaire général du blog : cliquer ICI

l'actualité du blog se trouve sur FACEBOOK

Mise à jour : 20 mars 2023

     Les étoiles dites primordiales sont les toutes premières étoiles ayant jamais existé dans l’univers. Elles étaient sensiblement différentes de celles que nous observons aujourd’hui dans notre ciel : leur rôle fut majeur car elles permirent d’ensemencer les générations stellaires suivantes pour aboutir, entre autres, à l’apparition de la Vie sur la troisième planète d’un système stellaire périphérique de la Voie lactée, le nôtre (et peut-être même ailleurs). Il n’est pas inintéressant de revenir sur cette première génération d’étoiles afin d’essayer de comprendre comment tout a commencé. Nous avons déjà abordé dans ce blog plusieurs aspects de ces débuts fort anciens : pour de plus amples informations, des liens avec les articles spécifiques seront chaque fois précisés.

L’Univers primitif

     De nos jours, la théorie dite du Big bang (voir : Big Bang et origine de l’Univers) n’est plus réellement remise en question : il subsiste certes encore des inconnues (notamment les tout premiers instants de l’Univers) mais des preuves directes sont venues conforter le schéma logique, au premier rang desquelles la découverte du rayonnement fossile sur lequel nous reviendrons. Résumons sommairement l’affaire :

. Les premiers instants

     Ce qui est ennuyeux avec l’appellation « Big bang » (à l’origine une boutade), c’est qu’elle laisse supposer une sorte d’explosion gigantesque ce qui est totalement faux puisque, par définition, une explosion se produit dans l’espace et que de l’espace, il n’y en avait pas : celui-ci s’est créé au fur et à mesure de l’expansion du tout nouvel univers. Mais enfin, usage fait force de loi…

     Sans revenir sur les éléments détaillés dans le sujet concerné, rappelons que les atomes se sont formés environ trois minutes après le point de départ initial (que l’on peut aussi nommer « singularité » puisque la physique classique ne peut y avoir cours) et que c’étaient forcément des atomes simples (hydrogène ou hélium). Toutefois, la température du magma originel était si intense que les électrons (négatifs) ne pouvaient pas encore se lier aux noyaux atomiques (positifs). De la même manière, les photons lumineux ne pouvaient pas encore s’échapper, d’où l’obscurité totale. Il faudra attendre environ 380 000 ans pour que la matière refroidisse suffisamment et que la lumière commence à voyager.

. Le rayonnement primitif

     Vers 380 000 ans et environ 3000°, un énorme « flash » est émis : la trace résiduelle de cet évènement est le fonds diffus cosmologique découvert en 1964 par Penzias et Wilson (ce qui leur valut le prix Nobel de physique), une observation qui fit définitivement pencher la balance du côté de la théorie du Big bang (voir : fonds diffus cosmologique). Visible depuis la Terre dans toutes les directions, ce rayonnement fossile possède une caractéristique remarquable : il semble parfaitement homogène… du moins à première vue.

. Les premières galaxies

     Quand on l’étudie de près, ce rayonnement, on s’aperçoit qu’il présente de subtiles et infimes variations - des irrégularités nommées par les spécialistes des « fluctuations » -

et c’est tant mieux. Parce que ce sont elles qui expliquent l’organisation actuelle de la matière et la formation des premières galaxies. Il n’existe évidemment aucune certitude mais la théorie la plus en vogue est la suivante : à mesure que la matière jusque là réduite à un volume encore minuscule s’est refroidie, de la matière noire s’est condensée (voir : matière noire et énergie sombre) entraînant l’accumulation de gaz. Les infimes variations que nous venons d’évoquer ont attiré gaz et matière noire vers les endroits les plus denses (les « filaments cosmiques », voir : juste après le Big bang) d’où la naissance de conglomérats qui, secondairement, ont conduit à la formation des premières galaxies et des premières étoiles exclusivement composées d’hydrogène et d’hélium, des étoiles dites « primordiales ».

     A quel moment apparurent ces premières structures ? Lors de récentes observations de l’espace lointain, le télescope spatial Hubble a pu mettre en évidence la présence de galaxies très tôt dans l’histoire de l’Univers : environ 600 000 ans après le Big bang (Ce fut une surprise pour les astronomes qui pensaient à une apparition progressive vers 1 à 2 milliards d’années). La formation de notre Univers, on le sait à présent, date d’environ un peu moins de 14 milliards d’années et la constitution des premières étoiles vite regroupées en galaxies s’est donc faite très tôt.

Les étoiles du début

     Il est finalement plus facile de comprendre l’évolution des nuages primordiaux parce que ces derniers ne possèdent aucune chimie compliquée ; ils sont en effet composés d’hydrogène et d’hélium, donc sans atomes lourds ou molécules complexes et donc sans non plus de champs magnétiques : ce sont des structures simples. A cette époque (très) ancienne, les régions les plus denses formaient assez peu d’hydrogène moléculaire mais cela a suffi pour refroidir l’ensemble. On pense que, au début, seules des étoiles supermassives (souvent d’une masse cent fois plus importante – voire plus - que celle du Soleil) se sont formées : les étoiles primordiales.

      Or les étoiles géantes, on l’a déjà mentionné, ont une espérance de vie très courte (voir : mort d’une étoile), peut-être un million d’années (à comparer avec la naine jaune qu’est notre Soleil dont la vie peut durer jusqu’à 10 milliards d’années). Leurs fins de vie sont cataclysmiques et les gigantesques explosions terminales de ces premières étoiles ont pu libérer dans l’espace nombre de corps jusque là absents (soufre, fer, oxygène, or, etc.). C’est cette particularité évolutive qui fait dire que les étoiles primordiales ont ensemencé l’Univers, permettant à celles qui leur ont succédé d’intégrer des matériaux nouveaux… des matériaux sans lesquels la Vie (telle qu’on la connaît) n’aurait pas pu apparaître.

Les plus anciennes étoiles de notre Galaxie

     Notre galaxie, la Voie lactée (également appelée « la Galaxie ») s’est formée il y a environ 12 à 13 milliards d’années à partir d’un gigantesque nuage de gaz. Douze à treize milliards d’années, c’est presque le début de l’Univers et, à défaut d’y trouver des étoiles primordiales déjà depuis longtemps éteintes, est-il possible d’y repérer des étoiles très anciennes, celles de la deuxième génération, qui succédèrent aux étoiles primordiales ? Et si oui, où faut-il chercher ?

     Rappelons tout d’abord la structure d’une galaxie, par exemple celle d’une galaxie spirale comme la nôtre (voir : les galaxies et place du Soleil dans la Galaxie). Le centre d’une galaxie est occupé par un bulbe composé d’étoiles certes anciennes mais riches en éléments lourds. Autour de ce centre, se trouve le disque galactique qui est, quant à lui, un lieu de formation de nouvelles étoiles car il s’y trouve beaucoup plus de gaz et de poussières. Au-delà du disque et de ses bras en spirales, un certain nombre d’étoiles habitent ce que l’on appelle le « halo » galactique et c’est ce halo qui nous intéresse. Signalons au passage que nous ne voyons que la partie visible de ce halo mais qu’existe une région périphérique encore plus étendue composée de matière noire à la nature inconnue.

     C’est dans la zone visible du halo galactique que se trouvent les étoiles les plus anciennes dont la métallicité (les atomes secondairement acquis de plomb, de soufre, etc. déjà cités) est la plus faible car c’est là que se sont formés les premiers éléments galactiques. Effectivement, lorsque le gaz s’est rassemblé pour engendrer le disque galactique, certaines étoiles ont été repoussées en périphérie de l’ensemble et – point important – c’était les premières à avoir été ensemencées par les étoiles primordiales. Toutefois, la plupart de ces étoiles ont dû être de taille bien plus petite que celles de la première génération stellaire ce qui sous-entend qu’elles ont pu vivre plus longtemps… et qu’elles sont donc encore peut-être présentes et observables.

      Et c’est bien ce que rapportent les observations : on a ainsi découvert une étoile dont les quantités de fer sont 100 000 fois moindres que celles du Soleil. Très certainement une étoile de seconde génération. La découverte en revient à Elisabetta Caffau et sonéquipe de recherche européenne (article paru dans la revue Nature en septembre 2011) grâce au VLT (Very Large Telescope européen, installé au Chili). Il s’agit d’un astre situé à 4000 années-lumière de nous, dans la constellation du Lion, et qui, d’après les données du VLT, est pratiquement composé uniquement d’hydrogène et d’hélium puisqu’il ne renferme que 0,00007% d’atomes lourds (contre 2% pour le Soleil). C’est probablement un des astres les plus âgés de la Galaxie, né 8 milliards d’années… avant le système solaire.

     Identifier de tels objets suppose aussi que des étoiles très massives ont dû exister à proximité, des astres depuis longtemps disparus. A contrario, quand on se rapproche du disque galactique, puisqu’il s’y forme encore des étoiles (environ 4 à 5 par an), on trouve très logiquement une proportion plus importante d’étoiles massives.

Les autres galaxies

     Depuis peu, on peut également observer des galaxies très lointaines (et donc très anciennes puisque, rappelons-le, plus on observe loin, plus on voit dans le passé). En 2010, le télescope spatial Hubble nous a ainsi gratifié d’une très intéressante photographie de galaxies fort anciennes (à plus de 13 milliards d’années-lumière, soit presque le début de l’Univers). On y distingue de plus petites galaxies que celles d’aujourd’hui, ces structures possédant des populations d’étoiles très bleues ou, dit autrement, d’étoiles jeunes très primitives et déficitaires en éléments lourds : des étoiles primordiales ou, à tout le moins, de seconde génération. Voilà qui conforte encore plus l’image d’un Univers en expansion créé à partir d’une singularité initiale extraordinairement petite.

Un Univers en expansion

     Notre Univers est immense : des milliards de galaxies renfermant chacune des centaines de milliards d’étoiles… On sait depuis quelques années que cet univers s’étend sans cesse, créant l’espace au fur et à mesure et, plus encore, que cette expansion s’accélère. On le sait en effet depuis Hubble (l’astronome, pas le télescope spatial) : les galaxies s’éloignent les unes des autres et ce d’autant plus vite qu’elles sont éloignées de la nôtre. Il n’existe qu’une exception à cette règle universelle : les groupes locaux, c'est-à-dire des galaxies suffisamment proches les unes des autres (tout est relatif) pour que ce soit la gravité qui règle leurs mouvements ; c’est par exemple, le cas de notre Voie lactée et de la trentaine de galaxies qui lui sont proches, comme celle d’Andromède M31 avec laquelle elle fusionnera dans quelques milliards d’années. Il s’agit là d’exceptions dite locales puisque, à terme, ces groupes de galaxies voisines ne finiront plus par former qu’une seule et même entité… s’éloignant de toutes les autres.

     L’univers continuera-t-il son expansion ? La réponse est pour l’instant inaccessible. Il est possible que cette fuite vers l’immensité soit sans fin et que ce formidable déploiement de l’espace aboutisse à un vide incommensurable peuplé de quelques ilôts de matière qui finiront par s’effilocher dans le néant. A l’inverse, on peut imaginer que cette expansion cessera à l’arrivée d’un point d’équilibre encore inconnu pour s’inverser dans une contraction qui ramènera la matière à son point d’origine (les cosmologistes ont baptisé cette éventualité du nom de Big crunch). Certains avancent même l’idée d’une sorte « d’effet de balancier » de l’Univers s’étendant sur des dizaines de milliards d’années en une sorte de pulsation perpétuelle.

     Les lois de la physique étant immuables, le seul moyen d’approcher une réponse crédible est l’étude de notre passé galactique, notamment celle de ses premiers instants. Il reste tant de mystères à découvrir (matière noire, énergie sombre, singularité initiale, etc.) que l’observation, encore et toujours, du cosmos est pour l’Homme le seul moyen de satisfaire sa curiosité. Simple curiosité, toutefois, car la durée de ces phénomènes dépasse totalement son espérance de vie, même en terme de civilisations ou d’espèce…

Images

1. Rigel et la nébuleuse de la Tête de Sorcière

(sources : fredofenua.blogspot.com/2008_10_01_archive.html)

2. vue d'artiste du Big bang (sources : paleodico.wifeo.com)

3. carte du fonds diffus cosmologique (sources : cougst.free.fr)

4. vue d'artiste d'une explosion de supernova (sources : dreamstime.com)

5. Voie lactée (sources : fr.wikipedia.org)

6. plus vieille étoile de la Voie lactée (sources : ciel.science-et-vie.com)

7. plus anciennes galaxies photographiées par le télescope spatial Hubble

(sources : hubblesite.org/newscenter)

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

Mots-clés : Big bang - rayonnement fossile - singularité initiale - photons - satellite COBE - télescope spatial Hubble (site en anglais) - étoiles supermassives - naine jaune - Voie lactée - halo galactique - accélération de l'expansion - groupe galactique local - Big crunch

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

Sujets apparentés sur le blog

  
1. juste après le Big bang

2. les premières galaxies

3. Big bang et origine de l'Univers

4. les galaxies

5. matière noire et énergie sombre

6. fonds diffus cosmologique 

7. mort d'une étoile

8. HD 140283, retour sur les étoiles primordiales

Dernier sommaire général du blog : cliquer ICI

l'actualité du blog se trouve sur FACEBOOK

 mise à jour : 11 mars 2023

     Dans un sujet précédent, je cherchais à replacer notre Soleil dans le grand concert cosmique (voir sujet place du Soleil dans la Galaxie) et, comme on l'a vu, les étoiles (ou les « soleils ») de notre galaxie ne sont bien sûr pas organisés au hasard. Rappelons que, comme pour toutes les galaxies du même type, la nôtre est grossièrement divisée en deux parties : le disque qui contient approximativement les 2/3 des étoiles, plutôt jeunes, et le halo, c'est-à dire la partie sphéroïdale située en dehors du bulbe galactique renfermant surtout des étoiles âgées (et où se trouve d'ailleurs notre Soleil, plus précisément dans un des bras annexes de cet ensemble, le bras d'Orion). Afin d'être un peu plus complet, j'aimerais revenir aujourd'hui sur l'organisation plus particulière de certaines étoiles : les amas globulaires.
     Il existe deux types d'amas globulaires : les amas globulaires proprement dits et les amas ouverts.

 
          généralités

 
     Un amas globulaire est un conglomérat d'étoiles toutes liées entre elles par les forces de gravitation et qui ont été formées dans des conditions identiques durant un laps de temps assez court (d'un point de vue astronomique, cela va sans dire) : ces étoiles évoluent donc de la même manière. Les amas globulaires sont des systèmes sphériques assez denses qui contiennent de quelques milliers à quelques centaines de milliers d'étoiles, le centre de l'amas en contenant la plus grande concentration. On y trouve surtout des étoiles âgées.

     A l'inverse, les amas dits « ouverts » (qu'on appelle aussi amas galactiques), à l'exemple de celui des Pléiades, sont bien moins riches en étoiles et on n'y retrouve pas de centre identifiable : de formes irrégulières, tous situés dans le plan galactique, on en connaît environ un millier (mais ils sont très certainement beaucoup plus nombreux). Ces amas ouverts sont en fait de petits groupes d'étoiles jeunes mais ce n'est pas cette organisation d'étoiles qui nous intéresse aujourd'hui. Revenons donc sur le premier type stellaire d'amas.

 
          les amas globulaires

 
     Ces groupes particuliers d'étoiles se distribuent principalement, on l'a dit, autour du centre de la Galaxie (dans le halo), grossièrement selon une sphère, mais pas seulement puisque on a pu mettre en évidence la présence de certains de ces amas autour des galaxies satellites de la nôtre comme les nuages de Magellan et également autour de notre plus proche voisine, la grande galaxie d'Andromède M31. Le calcul de la vélocité radiale de la plupart des amas globulaires montre qu'ils se déplacent selon des orbites elliptiques excentrées qui les entraînent loin de la Galaxie et qui peuvent atteindre jusqu'à 100 000 al, bien plus que les dimensions du disque galactique. Ils contiennent beaucoup d'étoiles variables (céphéides) dont le nombre varie d'ailleurs selon les amas mais également de nombreuses naines blanches, voire des étoiles à neutrons dont certaines sont des pulsars (voir glossaire). Ce qui est passionnant c'est que, à l'exemple de l'amas d'Hercule M13, ces formations d'étoiles datent du tout début de la Galaxie et sont, en quelque sorte, les témoins des premiers temps de sa formation. Ces amas sont généralement massifs puisque composés de centaines de milliers (voire millions) d'étoiles, étoiles qui, de par leur origine, sont forcément toutes très âgées et donnent à l'ensemble une teinte tirant sur le rouge. Toutes ? Pas vraiment puisqu'on a la surprise d'y rencontrer quelques géantes bleues, donc jeunes, plutôt situées dans leurs centres. Comment cela est-il possible puisque l'on vient de voir que ces amas globulaires sont vieux (par exemple, pour l'un d'entre eux appelé M3, on a calculé qu'il était âgé de 6,5 milliards d'années) et que le temps écoulé depuis leur formation est suffisant pour que certaines étoiles aient pu parcourir tout le cycle de l'évolution stellaire et se retrouver à l'état de naines blanches. Que viennent faire ces jeunes géantes bleues dans le modèle ?

 

          les traînards bleus

     On vient de voir que les amas globulaires sont vieux, très vieux : la plupart ont vu la naissance de l'Univers ou peu s'en faut, c'est à dire il y a 12 à 13 milliards d'années (voir nota 1). Les géantes bleues que l'on vient d'évoquer font donc quelque peu désordre : en fait, ces étoiles (découvertes par Alan Sandage en 1953) qu'on appelle des « traînards bleus » (sic) sont probablement formés à partir de la fusion de vieilles étoiles et cela sous l'effet des remaniements des forces de liaison. Expliquons nous : ces amas se trouvent à proximité de la Galaxie, masse énorme de dizaines de milliards d'étoiles, qui exerce sur eux une attraction considérable grandissant d'autant plus qu'ils s'approchent d'elle. De ce fait, la force d'attraction galactique peut augmenter jusqu'à dépasser les forces de liaison des étoiles de l'amas entre elles. Un certain nombre de ces étoiles sont alors « aspirées » vers la Galaxie. Toutefois, un phénomène de compensation se produit alors par l'intermédiaire d'étoiles binaires (voir glossaire) nouvellement formées ou renforcées qui consolident les liaisons internes de l'amas ce qui lui permet de garder sa cohésion (nota 2).

 
    On comprend donc que, chaque fois qu'un amas globulaire s'approche un peu trop de la Galaxie (par exemple lorsqu'il se trouve à proximité de l'extrémité d'un des bras galactiques), il perd un certain nombre d'étoiles... au point, au bout d'un certain nombre de rotations, de se voir complètement démembré. On estime que, depuis le Big Bang, la moitié d'entre eux a déjà été « réabsorbée » par leur gigantesque voisine. Certains d'entre eux – comme Palomar 13 – en sont au stade ultime et on peut penser que ce sont leurs derniers passages autour de la Galaxie, leurs étoiles ayant été pour l'essentiel déjà dispersées.

     On voit donc que, à l'échelle cosmique également, la Vie (traînards bleus) peut naître de la mort, même si, au bout du compte, il s'agit d'un combat perdu d'avance...

 
     Je ne saurais terminer ce bref sujet sur les amas globulaires sans préciser qu'ils ont fourni un grand tribut à l'astronomie contemporaine : ce sont eux qui ont permis de valider le diagramme de Hertzsprung-Russel qui permet de classer les étoiles ou plus précisément de répartir statistiquement leurs âges : c'est avec cette classification qu'on peut estimer que notre Soleil est à la moitié de son existence tandis que d'autres étoiles (je pense à Antarès) sont sur le point de terminer la leur.

     Ce sont aussi les amas globulaires qui servent d'indicateurs de distance en cosmologie et eux encore qui ont permis de démontrer que le Soleil – on y revient - est situé en lointaine banlieue de la Galaxie (En 1919, Shapley a démontré que la répartition des amas globulaires n'est pas uniforme dans le ciel puisque leur concentration est plus importante dans la direction du Sagittaire; comme cette répartition ne peut être, comme on l'a déjà dit, que sphérique dans la Galaxie, cette irrégularité apparente ne peut s'expliquer que parce que le Soleil est loin du centre de la Galaxie. On sait à présent qu'il s'en situe à environ 10 000 al alors que le rayon de la Voie Lactée est d'environ 15 000 parsecs (soit 50 000 al).

 
     Nota 1 : de nouvelles observations de Hubble confirment un Univers âgé de 13 à 14 milliards d'années. En auscultant l'amas globulaire M4, à 7000 années-lumière du Soleil dans la constellation du Scorpion, les astronomes ont détecté en 2002 les étoiles les plus vieilles de l'Univers, des naines blanches de magnitude 30 dont on a pu déterminer la température et l'âge. Ces étoiles sont âgées de 12 à 13 milliards d'années. Des modèles du cycle de la vie des étoiles soutiennent que ces premiers astres se sont formés 1 milliard d'années après le Big-Bang. Du coup, l'Univers serait âgé de 13 à 14 milliards d'années. (sources : futura-sciences.com)

 

     Nota 2 : les énergies de liaison de certaines binaires peuvent être supérieures à celles de l'amas tout entier : cette énergie peut donc s'opposer efficacement au phénomène de collapse dû au stimulus gravitationnel. On parle alors de système autogravitant, c'est-à-dire un système qui subit un effet inverse à un système thermodynamique classique qui voit sa température augmenter lorsqu'on lui fournit de l'énergie : la dispersion des vitesses des éléments qui le composent, l'analogue de la température, augmente lorsque son énergie totale diminue.

 

Glossaire (in Wikipedia France)

* étoile binaire : en astronomie, une étoile binaire se compose de deux étoiles orbitant autour de leur centre de gravité commun.

* naine blanche : résidu d'une étoile éteinte, c'est l'avant-dernière phase de l'évolution des étoiles dont la masse est comprise entre 0,8 et 8 fois celle du Soleil.

* étoile à neutrons : c'est le résultat de l'effondrement d'une étoile massive sous l'effet de sa propre gravité, lorsqu'elle a épuisé tout son combustible nucléaire. Selon la masse du noyau qui s'effondre, il se forme, par ordre croissant de masse, soit une naine blanche, soit une étoile à neutrons, soit un trou noir. La libération d'énergie qui en résulte produit une supernova de type II, Ib ou Ic.

* pulsar : nom donné à une étoile à neutrons, tournant très rapidement sur elle-même (période typique de l'ordre de la seconde, voire beaucoup moins pour les pulsars milliseconde) et, émettant un fort rayonnement électromagnétique dans la direction de son axe magnétique. Le nom de pulsar vient de ce que lors de leur découverte, ces objets ont dans un premier temps été interprétés comme étant des étoiles variables sujettes à des pulsations très rapides. Pulsar étant l'abréviation de pulsating radio source (source radio pulsante), cette hypothèse s'est rapidement avérée incorrecte, mais le nom leur est malgré tout resté.

 

Images

1. amas globulaire fermé (sources : wwwlapp.in2p3.fr)

2. amas globulaire ngc 1850b (sources : http://spt06.chez-alice.fr/amas.htm)

3. amas globulaire M13(sources : fr.wikipedia.org/wiki/)

Compléments

     En juillet dernier (2008), l'origine des amas globulaires a été dévoilée par la plus grosse simulation de galaxies jamais réalisée ce qui a permis de retracer l'histoire de ces zones de forte densité stellaire. Lors de la collision de deux galaxies spirales, les nuages de gaz qu'elles contiennent entrent en collision. Leur pression est telle qu'elle provoque une flambée de formations stellaires. Toutes ces étoiles restent alors concentrées dans la grande banlieue des galaxies, donnant naissance aux amas globulaires.

(Science & Vie, n° 1092, sept. 2008)

Brève : l'origine des traînardes bleues

     ... le seul moyen pour une étoile de se regénérer est de gagner du poids. Restait à savoir d'où provenait cette matière revivifiante. Les théoriciens avaient établi deux scénarios possibles. Soit un choc entre deux étoiles les fait fusionner. Elles forment alors une étoile deux fois plus massive, qui paraît donc plus jeune. Soit les traînardes bleues sont issues de systèmes binaires, c'est-à-dire de couples d'étoiles tournant l'une autour de l'autre. Lorsque l'une d'elles commence à vieillir, son enveloppe d'hydrogène et d'hélium se dilate et elle se rapproche dangereusement de sa partenaire. Jusqu'au moment où celle-ci, par gravité, aspire la matière de l'enveloppe et ainsi se regénère au détriment de la première.

     Pour départager les deux hypothèses, les chercheurs ont donc compté le nombre de blue stragglers de plusieurs amas. Ils ont alors observé qu'il est fortement corrélé au nombre théorique de systèmes binaires qu'ils contiennent tandis qu'il est sans rapport avec les probabilités de collisions.

(Science & Vie, 1098, mars 2009)

Mots-clés : amas fermés - amas ouverts - trainards (ou trainardes) bleu(e)s - nuages de Magellan - galaxie d'Andromède - céphéides - géantes bleues - Alan Sondage - diagramme de Hertzsprung-Russel - distances galactiques - étoiles binaires - pulsars - Harlow Shapley 

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

Dernier sommaire général du blog : cliquer ICI

l'actualité du blog se trouve sur FACEBOOK

Mise à jour : 28 mars 2023

       Dans un univers en expansion, toutes les galaxies s’éloignent les unes des autres comme le démontre le décalage vers le rouge de leur spectre Doppler. Toutes ? Non bien sûr, comme nous l’avons déjà évoqué, il existe quelques galaxies proches de la nôtre qui sont liées à nous par les forces gravitationnelles : ce sont celles qui font partie de notre « groupe local », une cinquantaine environ et de taille variable. La plus importante d’entre elles est la galaxie d’Andromède M 31 qui renferme environ 1000 milliards d’étoiles, à comparer avec notre Voie lactée (environ 200 milliards). Ces deux principales galaxies du groupe, compte-tenu de leurs masses respectives, sont naturellement attirées l’une par l’autre et se rapprochent à la vitesse de 130 km/s mais comme elles sont encore séparées par une distance de 2,5 millions d’années-lumière, cette rencontre n’aura pas lieu avant quatre à cinq milliards d’années. Une époque où l’Homme aura depuis longtemps disparu ce qui est dommage pour lui car le spectacle promet d’être grandiose…

  Cette collision sera-t-elle cataclysmique ou, au contraire se passera-t-elle plutôt en douceur ? Quelles en seront les conséquences pour les étoiles, la matière cosmique, les gaz, etc. qui les composent ? Nos ordinateurs actuels sont de plus en plus capables d’effectuer des simulations de ce type d’événements et nous allons ainsi essayer d’entrevoir ce qui risque de se passer.

Les fusions de galaxies sont nombreuses dans l’univers

     Il y a un peu moins de 100 ans, les astronomes pensaient que toute la matière du monde était contenue dans la seule Voie lactée et les « nébuleuses » qui étaient sommairement observées avec les instruments imparfaits de l’époque n’étaient vues que comme de simples inclusions de matière et de gaz. C’est Edwin Hubble qui permit de mettre un terme à cette croyance en démontrant que l’Univers est bien plus vaste que prévu : des milliards de galaxies comme la nôtre parsèment en réalité un Univers prodigieusement immense… Il classa ces galaxies en trois catégories : elliptiques, irrégulières et celles possédant un bulbe central comme la nôtre en spirales.

  Dans les années qui suivirent, on commença à mettre en évidence desinteractions gravitationnelles entre galaxies et à expliquer par des phénomènes de fusion, des images difficilement compréhensibles, notamment pour certaines galaxies « irrégulières ».  Puis, la technologie évoluant, on eut recours à l’observation infrarouge autorisant la mise en évidence de zones spécifiques de formation stellaire en observant le rayonnement thermique des poussières. Les étoiles, composées d’hydrogène moléculaire, prennent naissance dans des nuages de gaz contenant également des éléments plus lourds issus des générations précédentes d’étoiles d’où un enrichissement permanent.

     Et c’est ce phénomène qui se trouve considérablement amplifié lorsqu’on assiste à une fusion galactique. Bien entendu, les étoiles jeunes brillent surtout dans la gamme ultraviolette mais ces rayonnements sont difficilement captables sur Terre  car la poussière environnant l’étoile nouvelle les absorbe et les transforme en lumière infrarouge. Les galaxies fusionnelles sont les objets potentiellement les plus lumineux du cosmos : 90% de l’infrarouge lointain alors qu’ils sont complètement cachés à l’optique de nos télescopes. On comprend dès lors tout l’intérêt de l’observation infrarouge qui, notamment pour cet univers distant permet de « pénétrer » dans un domaine d’observation jusque là inaccessible. C’est d’ailleurs tout l’intérêt du télescope spatial James Webb, spécialisé dans l’infrarouge, qui vient d’être lancé avec succès…

      Les scientifiques ont ainsi accès à des pouponnières d’étoiles, souvent repères de fusions galactiques de plus en plus physiquement lointaines et donc témoins de temps reculés où l’univers n’était âgé que d’un ou deux milliards d’années. On sait à présent que plus on « voit » dans le passé, plus on trouve de ces galaxies infrarouges ultra lumineuses qui constituent le premier stade de la formation de quasars (pour quasi-stellar radiosource), ces sources de lumière ponctuelles les plus intenses du cosmos et dont l’énergie provient de trous noirs centraux. Or le type de galaxies abritant de tels trous noirs hyperactifs présente souvent une image irrégulière, déformée, très certainement en rapport avec des phénomènes de fusion.

     La gigantesque luminosité de ces fusions galactiques ne provient pas des étoiles mais des disques d’accrétion des trous noirs eux-mêmes, c’est-à-dire de la matière, gaz ou étoiles qui se trouvent à leur portée. Un certain nombre d’étoiles était donc détruit précocement lors de ces antiques fusions.

    Par la suite, les trous noirs « ayant fait le vide » autour d’eux, de tels phénomènes sont devenus de plus en plus rares : c’est par exemple le cas de Sagittarius A, le trou noir central de la Voie lactée qui paraît actuellement bien peu actif. Mais il en est évidemment tout autrement lors de fusions galactiques. Ajoutons pour être complet que des masses compactes de gaz sont émises depuis les noyaux centraux vers la périphérie des galaxies et même au-delà, jouant un rôle majeur dans le cycle de vie galactique.

Andromède – Voie lactée, réellement une collision ?

     D’emblée, nous pouvons affirmer que collision est un terme impropre pour la bonne et simple raison qu’une galaxie est essentiellement composée… de vide !

      Dans environ quatre à cinq milliards d’années, Voie lactée et Andromède vont se heurter frontalement mais le ballet cosmique alors constitué durera longtemps. Les deux galaxies se traverseront mutuellement laissant derrière elles des trainées de gaz et d’étoiles. Pour ces dernières, il y aura très peu de chance qu’une étoile en heurte une autre tant les distances interstellaires sont grandes et l’espace vide. Dans un article précédent, je rappelais que si nous posions sur le sol une orange sensée représenter le Soleil, la Terre serait alors une bille minuscule de la taille d’une tête d’épingle placée à 15 m de l’orange, Jupiter une bille de la taille d’une olive à 77 m et Neptune un petit pois à 450 m. La zone d’influence du Soleil s’étendrait quant à elle jusqu’à environ 1,5 à 2 km ! Et l’étoile la plus proche, Proxima du Centaure ? Eh bien, elle serait à environ… 4000 km. On comprend donc assez vite que si choc stellaire il y avait, ce serait tout à fait exceptionnel et dû à un mauvais hasard !

     Les deux galaxies vont donc se traverser, s’éloigner l’une de l’autre puis se rapprocher à nouveau et cela durant des centaines de millions d’années, redessinant chaque fois le paysage stellaire et entraînant dans les zones de gaz abondant la formation de myriades d’étoiles nouvelles. Si le « début » de cette fusion est prévu pour dans environ cinq milliards d’années, il leur en faudra encore cinq autres pour qu’elle soit complète. Il ne subsistera donc plus qu’une seule galaxie elliptique géante, dont le nom a déjà été annoncé par les scientifiques : ce sera Milkomède (ou Milkomeda en anglais).

      Quelques milliards d’années plus tard (10 à 15 selon certains spécialistes), ce sera au tour des deux trous noirs centraux de fusionner, un événement qui provoquera la création d’ondes gravitationnelles qui pourront être perçues à des millions d’années-lumière à la ronde.

Et la Terre dans tout ça ?

     Compte-tenu des bouleversements gravitationnels, il est tout à fait possible que le Soleil soit « délogé » de l’endroit où il se trouve actuellement. Il pourra être projeté vers l’extérieur jusqu’à une distance trois fois plus lointaine du futur centre galactique qu’il est distant du cœur actuel de la Voie lactée. À l’inverse, rejeté vers l’intérieur, notre étoile pourrait être confrontée à une plus grande densité stellaire et peut-être perturbée par des supernovas voisines. Dans les deux cas, les conséquences sur le système solaire seront peu importantes. De toute façon, pour ce qui concerne la Vie telle que nous la connaissons, la partie sera depuis longtemps jouée. D’abord parce qu’il s’agit d’un temps incroyablement lointain (cinq milliards d’années !) et que, selon le paléontologue Stephen J. Gould, la durée de vie d’une espèce quelconque de mammifères ne dépasse jamais 25 à 30 millions

d’années (en se transformant considérablement). Ensuite, parce que à cette époque lointaine, la Terre ne sera plus habitable en raison de l’augmentation de la puissance solaire : un gigantesque effet de serre aura transformé notre agréable planète bleue en un double de Vénus (une gravitation de 92 G et une température de surface tournant aux alentours de 450°). Ajoutons à cela que le Soleil lui-même commencera à donner des signes de fatigue pour se transformer quelques centaines de millions d’années plus tard en géante rouge qui, après avoir peut-être détruit Mercure, rejettera le cadavre de la Terre en périphérie.

     Les Hommes ne seront plus là pour observer le magnifique spectacle de la fusion entre la Voie lactée et M 31 et c’est bien dommage car le ciel alors observable devrait se parer de lumières multicolores associant les zones nouvelles et immenses de création d’étoiles bleues et le rejet de myriades d’étoiles jaunes plus anciennes tandis que partout vers le centre du nouvel ensemble on apercevra des bandes de gaz bariolé.

       En revanche, les observateurs intelligents de cette époque ne devraient plus connaître la réalité de l’univers. En effet, l’accélération de l’expansion de ce dernier aura probablement pour effet de disperser les autres groupes galactiques qui ne seront plus visibles car trop éloignés. Les êtres intelligents de cette époque (il en existera, c’est statistiquement certain) auront l’impression de ne vivre qu’au sein d’une immense galaxie solitaire… comme nous le pensions avant Hubble !

Sources

* Encyclopaedia Universalis

* https://trustmyscience.com

* Wikipedia France :  fr.wikipedia.org/

* Revue Pour la Science, n° 532, février 2022, 57-64

Images :

1. galaxie irrégulière (sources : willouastro.centerblog.net)

2. télescope spatial James Webb (sources : spaceflightinsider.com

3. trou noir et sa zone d'accrétion - vue d'artiste (sources : numerama.com)

4. galaxie d'Andromède M 31 (sources : www.cepheides.fr

5. Soleil, géante rouge (sources : numerama.com)

6. galaxie géante (sources : pinterest.com)

Sujets apparentés sur le blog

1. mort d'une étoile

2. les galaxies 

3. la Voie lactée 

4. la mort du système solaire

5. la galaxie d'Andromède 

Dernier sommaire général du blog : cliquer ICI

l'actualité du blog se trouve sur FACEBOOK

mise à jour : 27 mars 2023

      Aujourd’hui, toute personne s’intéressant quelque peu à l’astronomie ou à la paléontologie sait que la Terre est âgée d’environ 4,5 milliards d’années et qu’elle est née approximativement en même temps que son étoile, le Soleil. Il n’en fut pas toujours ainsi : vers le milieu du XIXème siècle, deux écoles de pensée s’opposaient sur l’âge véritable de notre planète et les congrès scientifiques sur cette question donnaient alors lieu à des disputes parfois violentes, voire à quelques empoignades mémorables ; en effet, les physiciens avançaient l’âge maximal de 50 millions d’années tandis que les géologues parlaient plutôt en termes de centaines de millions d’années (ce qui était également l’opinion de Darwin qui pensait – à juste titre – qu’il fallait beaucoup de temps pour que les espèces évoluent et se transforment). Sans oublier tous ceux qui, appliquant à la lettre les enseignements des textes bibliques – et il y avait parmi eux quelque savants –, ne démordaient pas d’une création de la Terre remontant à environ six mille ans. Cette querelle – il s’agissait effectivement plus d’une polémique et même d’une dispute que d’une simple controverse – dura un demi-siècle ! Ce fut probablement le désaccord le plus long et un des plus virulents ayant jamais opposé des scientifiques de premier ordre et il ne me semble pas inintéressant de revenir sur les arguments des uns et des autres.

Le point de départ : Charles Lyell

     Né en 1797, Charles Lyell se destinait en fait à une carrière de droit mais il était passionné par la géologie qu’il avait toujours plus ou moins pratiquée. En 1828, Lyell voyage en Italie et dans le sud de la France : à cette occasion, il étudie diverses couches géologiques et leur trouve une unité en ce sens que ces différentes strates peuvent toutes être classées selon les fossiles d’animaux marins qu’elles renferment. Il en déduit une notion de continuité dans le temps, un temps qui ne peut être que nécessairement assez long. Deux ans plus tard, il commence à publier ses « principes de géologie », un véritable « pavé dans la mare » du catastrophisme qui prévalait à l’époque.

     En ce temps-là, en effet, à la suite de Cuvier (et d’autres grands noms), on pensait que la Terre s’était créée très rapidement (en quelques milliers d’années) à cause d’événements violents, catastrophiques (d’où le nom de la théorie) comme, par exemple, le Déluge. Cette approche avait par ailleurs le gros avantage de ne pas brusquer les esprits religieux de ceux qui accordaient à la Bible le statut de témoignage authentique du passé. Lyell comprend qu’il remet en question bien des idées reçues mais il a une certitude : pour obtenir les couches géologiques qu’il a étudiées, il faut du temps et non des événements brutaux. Il redonne alors toute leur place aux idées de James Hutton, un géologue qui, quelques années plus tôt, avait avancé que la Terre s’était formée graduellement et que les éléments qui avaient permis cette création étaient encore présents et actifs. Pour Hutton, la Terre était « infiniment » vieille et il avait appelé sa théorie « uniformitarisme » (ou actualisme), expliquant que les transformations observées des roches et des océans en un endroit précis s’étendaient forcément sur une durée de temps obligatoirement fort longue (on ne connaissait pas encore la tectonique des plaques) mais, à l’époque, il ne fut guère écouté. Lyell défendit donc cette approche aux dépens du catastrophisme ambiant et cela devait avoir une grande importance dans la suite des événements.

     En effet, quelques années plus tard, Charles Darwin croit reconnaître dans diverses espèces vivantes (mais également disparues) des ressemblances qui ne peuvent s’expliquer que parce que ces espèces dérivent les unes des autres (voir le sujet : les mécanismes de l’évolution). Darwin avait lu avec attention les principes de géologie de Lyell et avait compris ce qu’ils impliquaient : la transformation – ou plutôt l’évolution – des espèces devenait crédible s’il lui était accordé un laps de temps suffisant ce que précisément le catastrophisme ne pouvait pas lui offrir. Après avoir longtemps hésité, Darwin publie « l’origine des espèces » en 1859, non sans insister sur tout ce qu’il doit à Lyell, et le livre entraînera les remous que l’on sait. Darwin, se basant sur une évaluation empirique de l’érosion de la croute terrestre, se risque à avancer pour l’âge de la Terre une date qui lui paraît compatible avec la théorie qu’il défend : 300 millions d’années. Mais devant la levée de boucliers des catastrophistes, dans la seconde édition de son livre, il renonce à donner un chiffre tout en continuant à proclamer que Lyell a forcément raison, ce dernier étant d’ailleurs en retour un des premiers scientifiques de renom à le soutenir.

La contestation : Lord Kelvin

     William Thomson – plus connu sous le nom de Lord Kelvin – était un très célèbre physicien puisqu’il avait – entre autres - donné son nom à une échelle de température absolue : le kelvin (la température de 0 K est égale à -273,15 °C et correspond au zéro absolu). Or, il était très dubitatif quant à la théorie de Darwin et, plus encore, sur les échelles de temps défendues par Lyell : il chercha donc à démontrer que tous ces gens-là se trompaient… Il entreprit de s’appuyer sur les lois de la thermodynamique pour évaluer l’âge de la Terre et, d’emblée, une certitude s’imposa à lui : la Terre et le Soleil devaient être relativement jeunes sinon les deux astres ne seraient plus – et depuis longtemps- que des corps froids et inhabitables ; il était impossible, selon Kelvin, que les géologues aient raison car les chiffres qu’ils proposaient – des centaines de millions d’années – étaient bien trop élevés et, pour tout dire, fantaisistes.

     La réputation mondiale de Lord Kelvin était alors telle que les géologues ne purent que s’incliner. Quelques années plus tard, en 1862, Kelvin publia le résultat de ses travaux sur la diffusion de la chaleur dans l’espace qui concluaient à un âge maximal de la Terre ne pouvant en aucun cas dépasser 100 millions d’années. C’était bien peu pour les géologues qui se demandèrent alors s’ils n’avaient pas sous-estimé les caractéristiques physiques de l’érosion de la croûte terrestre et très dérangeant pour un homme comme Darwin qui trouvait que 100 millions d’années, c’était décidément très insuffisant pour expliquer le long cheminement de l’Evolution, mais bon… Seul, Thomas Huxley, ami proche du naturaliste et grand vulgarisateur de la théorie de l’Evolution, n’accepta jamais les conclusions du physicien, estimant que celui-ci devait forcément se tromper quelque part mais sans pouvoir dire où, ni de quelle manière… Il demeura toutefois bien seul sur sa position et les chiffres de Kelvin finirent par s’imposer au point que même Lyell retira ses propres estimations de la réédition de ses « principes de géologie ». Darwin quant à lui rectifia, certes à contrecœur, certains passages de ses livres afin de prendre en compte une vitesse d’évolution des espèces bien plus rapide qu’il ne l’avait primitivement estimée.

     En 1897, lord Kelvin publia de nouveaux travaux avec des calculs plus affinés qui concluaient à des chiffres encore plus petits : 20 à 40 millions d’années pour l’âge de la Terre ! C’était assurément un démenti définitif aux chiffres avancés par les tenants de l’authenticité biblique mais qui était loin de faire le bonheur des géologues et des Darwiniens. L’affaire en resta là jusqu’au début du siècle suivant et, la chose est assez rare pour être signalée, c’est à un physicien que l’on devra la levée de l’interdit jeté par un autre physicien…

La solution : Ernest Rutherford

     C’est en effet un physicien qui va apporter les éléments de résolution de cette querelle entre les géologues (et naturalistes) et les représentants de sa discipline… en donnant raison au camp opposé !  Cet homme providentiel est un Néo-zélandais travaillant en Angleterre et s’appelant Ernest Rutherford. Aujourd’hui, Rutherford est reconnu comme le père de la physique nucléaire mais à cette époque il n’en était encore qu’au commencement de sa prodigieuse carrière.

     Nous sommes au tout début du XXème siècle et le Français Pierre Curie travaille depuis quelque temps sur le radium ; il se rend compte que, compte tenu de la petite taille des échantillons observés, ce corps dégage une chaleur sans commune mesure avec ce à quoi on aurait pu s’attendre. Rutherford arrive à la même conclusion quelques mois plus tard. Or, on savait que la Terre était très riche en ce type d’éléments ; dès lors, une évidence s’impose : notre planète possède le moyen de conserver sa chaleur et, contrairement à ce que défend Lord Kelvin depuis des années, elle ne se refroidit pas ou, en tout cas, seulement extrêmement lentement. Rutherford est à présent convaincu que la Terre est capable de conserver sa chaleur durant des millions d’années grâce à la radioactivité naturelle et, bien sûr, cela change tout ! Cet extraordinaire dégagement de chaleur, explique Rutherford, a une explication parfaitement logique puisqu’elle est la conséquence de la désintégration naturelle de certains atomes comme le thorium sur lequel il a longtemps travaillé et, bien sûr, le radium. Au début, cette découverte choque chimistes et physiciens pour lesquels, jusqu’à ce jour, il ne pouvait être question de destruction de la matière mais les travaux de Rutherford sont sans appel et, bientôt, tous se rendent à l’évidence (Pierre Curie mettra deux ans). En 1903, âgé seulement de 32 ans, Rutherford entre dans le cercle fermé des découvreurs de génie et reçoit une prestigieuse récompense, la médaille Rumford, décernée par la Royal Society.

     C’est donc tout naturellement que, l’année suivante, il se rend à Londres pour participer à un congrès sur l’âge de la Terre… en présence de Lord Kelvin en personne. Il n’a aucun mal à expliquer pourquoi le vieux physicien s’est trompé : ce dernier a tablé sur une dissipation progressive de la chaleur originelle sans savoir qu’il en existait une importante source au centre de la Terre : les lois de la thermodynamique ne peuvent donc pas s’appliquer telles quelles. Les géologues (et les partisans de la théorie de l’Evolution) avaient donc eu raison sans le savoir !

     Lord Kelvin assista à la démonstration de Rutherford et aux débats qui s’ensuivirent mais jamais il n’accepta l’idée que la Terre pouvait être aussi âgée que le démontrait son jeune confrère car c’était admettre l’ouverture tant recherchée par les évolutionnistes, or, à cela, Lord Kelvin ne pouvait se résoudre tant il détestait l’idée même des travaux de Darwin. Quelques scientifiques continuèrent à soutenir sa position, plus par respect pour leur vieux maître que par conviction véritable, mais à sa mort, en 1907, on oublia définitivement ses calculs sur l’âge de la Terre. Les géologues avaient enfin trouvé l’explication de ces superpositions de strates qui les avaient tant intrigués et les Darwiniens le support scientifique nécessaire à la transformation des espèces dont ils avaient toujours été certains sans pouvoir le prouver.

L’âge de la Terre aujourd’hui

     Les recherches sur l’âge réel de la Terre se sont poursuivies au fil des années. En 2002, des études portant sur des corps radioactifs rares comme l’hafnium et le tungstène ont encore repoussé l’origine de notre globe de quelques dizaines de millions d’années : on pense à présent que la Terre (et d’autres planètes) s’est constituée plus tôt et plus rapidement qu’on le croyait, probablement dans les 30 à 40 millions d’années du début du système solaire ce qui la fait arriver à un âge total de 4,6 milliards d’années, Soleil et planètes s’étant formées au quasi même moment. L’explication la plus probable est celle de l’explosion à cette époque d’une supernova proche dont l’onde de choc serait en quelque sorte venue « fertiliser » le nuage de gaz qui se trouvait à l’emplacement de notre système solaire actuel pour donner naissance, par agrégation progressive, à notre étoile, une naine jaune à longue durée de vie, et à son cortège de planètes. C’était il y a 4,6 milliards d’années et, pourtant, notre planète est toujours chaude comme en témoignent notamment les volcans qui, de temps à autre, viennent réveiller les consciences humaines. C’était il y a suffisamment longtemps pour que la Vie ait pu apparaître sur Terre, se diversifier et donner naissance au monde que nous connaissons aujourd’hui.

Images

1. du nuage protosolaire  au système solaire (sources : lamaisondalzaz.com)

2. Charles Lyell (1797-1875) (sources : cosmology.tistory.com)

3. le Déluge, par Géricault (musée du Louvre) (sources : lettres.ac-rouen.fr)

4. Lord Kelvin (1824-1907) (sources :  www.universitystory.gla.ac.uk)

5. Ernest Rutherford (1871-1937) (sources :   commons.wikimedia.org/wiki)

6. coupe de la Terre (sources :  geothermie.tpe.free.fr)

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

Mots-clés : Charles Lyell - catastrophisme - Georges Cuvier - James Hutton - uniformitarisme - tectonique des plaques - Charles Darwin - Lord Kelvin (William Thomson) - lois de la thermodynamique - Thomas Huxley - Ernest Rutherford - désintégration atomique 

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

Articles connexes sur le blog

1. les mécanismes de l'évolution

2. distances et durées des âges géologiques

3. le rythme de l'évolution des espèces

4. la dérive des continents ou tectonique des plaques

5. origine du système solaire

 Dernier sommaire général du blog : cliquer ICI

l'actualité du blog se trouve sur FACEBOOK

 Mise à jour : 3 mars 2023

Depuis les années 1950 et l’avalanche de « soucoupes volantes » aperçues à cette époque, bien des gens se posaient cette angoissante question : « sommes-nous seuls dans l’Univers et, si non, pourquoi n’a-t’on pas encore rencontré d’extraterrestres ? ».

Les scientifiques, interrogés, ne savaient pas vraiment quoi répondre et certains n’hésitaient pas à les soupçonner de dissimuler « la » vérité dans une approche qu’on ne qualifiait pas encore de complotiste. Pourtant, de nombreux astronomes et/ou astrophysiciens réputés se posaient effectivement la question comme en témoigne le compte-rendu d’un célèbre repas.

Le paradoxe de Fermi

     Durant l’été 1950, les physiciens Emil Konopinski, Herbert York, Edward Teller et Enrico Fermi déjeunaient dans la cafeteria du Laboratoire National de Los Alamos, un laboratoire multidisciplinaire situé aux USA, dans l’état du Nouveau-Mexique. Enrico Fermi, prix Nobel de physique en 1938, avait émigré aux USA en 1939 et participait avec ses collègues au projet « Manhattan » qui devait aboutir à la mise au point de la première bombe atomique. Dans le feu de la conversation, il prononça ce jour là une phrase à la fois provocante et pourtant sérieuse : « Mais où sont-ils donc, tout ces extraterrestres ? ». La question était tout à fait

d’actualité et intéressait beaucoup de gens qui croyaient voir des soucoupes volantes un peu partout. C’est cette phrase qui est à l’origine de ce qu’il est aujourd’hui convenu d’appeler le paradoxe de Fermi : on devrait « les » voir mais on ne « les » voit pas...

Ce n’est qu’en 1966 que la question de Fermi fut redécouverte par l’astronome américain Carl Sagan qui pensa alors qu’une civilisation assez ancienne pourrait avoir le temps de coloniser entièrement la Galaxie et serait d’ailleurs déjà présente sur Terre mais son (court) article resta sans lendemain et le paradoxe de Fermi retomba dans l’oubli… jusqu’en 1975 où deux scientifiques, Michael Hart et David Viewing, reprirent les arguments des uns et des autres pour arriver à la conclusion que les civilisations extraterrestres n’existent pas. Conclusion définitive ? Certainement pas.

Le paradoxe de Fermi s’appuie donc sur deux postulats contradictoires :

a) La vie sur Terre n’est certainement pas exceptionnelle et de nombreuses autres formes de vie doivent exister dans un univers aussi vaste (des milliards et des milliards d’étoiles et de planètes rien que pour la seule Voie lactée),

b) Il n’existe aucune preuve réelle de la venue présente ou passée d’extraterrestres sur Terre et, depuis les innombrables sondes envoyées dans l’espace explorer les autres planètes du système solaire, on sait qu’il en est de même pour elles.

La deuxième branche du paradoxe ne souffre guère de débats et c’est plutôt la première (a) qui autorise une discussion plus poussée.

On peut faire la constatation suivante : savoir si une civilisation extraterrestre avancée a eu le temps de venir nous rendre visite relève d’un calcul assez simple. En effet, la Voie lactée mesure approximativement 100 000 années-lumière et elle s’est formée avec l’Univers il y a un peu plus de 13 milliards d’années. Si l’on suppose qu’une civilisation extraterrestre a trouvé les moyens de se déplacer à, disons, 300 km/seconde, soit un millième de la vitesse de la lumière ce qui est du domaine du possible, et qu’elle soit apparue il y a cinq milliards d’années, elle aurait déjà eu la possibilité de venir sur Terre et ce de quelque partie de la Galaxie qu’elle provienne. Ajoutons que nous évoquons ici une seule civilisation mais que si la vie n’est pas si exceptionnelle, c’est un grand nombre d’extraterrestres que nous aurions dû déjà rencontrer. Dès lors, comment expliquer ce paradoxe ?

Quelles solutions au paradoxe de Fermi ?

De nombreux scientifiques et/ou auteurs de science-fiction se sont penchés sur le problème et si les hypothèses sont nombreuses (et parfois farfelues), il est difficile de choisir la plus crédible d’autant qu’il est parfaitement possible que certaines soient associées. Il est donc tout à fait impossible d’être exhaustif mais les principales théories peuvent être réunies selon quatre groupes principaux :

1. Les civilisations extraterrestres n’existent pas

La vie sur Terre est un phénomène unique (ou si rare que cela revient au même) car il dépend de la conjonction de nombreux facteurs (voir le sujet : vie extraterrestre) et l’absence de l’un d’entre eux compromettrait son apparition. 0n peut néanmoins opposer comme argument que cette hypothèse ne concerne que la vie sur Terre, la seule que nous connaissons, et que d’autres formes de vie ont parfaitement pu se développer sous d’autres conditions physicochimiques…

Nous venons d’évoquer la vie mais la vie, ce n’est pas forcément l’intelligence et on peut dès lors parfaitement imaginer que certaines planètes plus ou moins lointaines renferment une forme de vie (bactéries, virus, autre chose d’assez primitif ?) et nous ne pouvons évidemment pas communiquer avec elle. Ici, c’est l’intelligence qui est rare.

Il existe par ailleurs bien des raisons pour empêcher l’apparition de la vie sur une planète.

En 2021, le spécialiste des exoplanètes David Kipping a avancé une hypothèse qu’il a baptisé le paradoxe du ciel rouge en partant de la constatation évidente que l’immense majorité des étoiles sont – nous l’avons souvent souligné – des naines rouges qui, de plus, vivent dix fois plus longtemps que les naines jaunes comme le Soleil. Un simple calcul permet donc d’établir que l’apparition de la vie autour d’une naine jaune est cent fois moins probable. La vie sur Terre est-elle si particulière qu’elle invalide les statistiques ?

Nous venons de parler chiffres comme si ces deux types d’étoiles étaient strictement comparables ce qui n’est, en réalité, pas le cas. D’abord, nous le savons aujourd’hui, une naine rouge possède rarement de géantes gazeuses dans son cortège de planètes. Or ces planètes géantes sont « protectrices », empêchant les météorites trop volumineuses de passer leur « barrage ». C’est bien le cas dans le système solaire où Jupiter et Saturne ont certainement limité

fortement le risque pour la Terre (voir le sujet: vie extraterrestre). Par ailleurs, comme l’a récemment montré l’étude d’une naine rouge proche (en l’occurrence Proxima du Centaure), ce type d’étoiles est parfois sujet à de brusques instabilités peu favorables à la conservation de la vie, du moins celle que nous connaissons sur Terre. Les naines jaunes sont donc éventuellement plus propices à l’apparition de la vie et elles représentent quand même 10% des étoiles de la Galaxie, soit entre 10 et 40 milliards d’astres… Est-ce suffisant ?

De la même façon que les météorites que nous venons d’évoquer sont parfois destructrices, il existe bien d’autres dangers pour une vie biologique fondée sur quelque chose qui ressemble à l’ADN ou autres acides nucléiques : les étoiles géantes, par leurs émissions intenses notamment de rayons ultraviolets, sont évidemment un endroit à éviter. Mais il existe également les sursauts gamma qui détruisent toute vie sur des milliers d’années-lumière, l’explosion d’une supernova un peu trop proche, etc… En somme, l’Univers est hostile et la Terre a peut-être eu de la chance…

2. La vie met longtemps à apparaître

Il ne faut pas oublier que, sur Terre, la vie a mis plus de quatre milliards d’années pour apparaître, ce qui n’est pas rien. Suivis de trois cent millions d’années avec la domination des dinosaures dont on peut certainement affirmer qu’ils n’auraient jamais réussi à bâtir une civilisation technologique, puis un hasard (un coup de chance ?) avec la chute d’une météorite géante qui a ouvert la voie aux mammifères et donc à l’Homme. Mais encore 65 millions d’années pour en arriver à aujourd’hui…

Une fois la vie apparue, il faut donc beaucoup de temps pour atteindre « l’intelligence », c’est-à-dire le niveau technologique suffisant pour communiquer. En revanche, le passage d’une vie primitive à une civilisation technologique est bien plus rapide, trop peut-être. Plusieurs centaines d’années si l’on en juge par notre cas personnel… Ce qui, à l’échelle de l’univers est plus bref qu’un battement de paupière et peut expliquer la difficulté pour que deux civilisations puissent se trouver en phase et communiquer entre elles.

3. Les aléas d’une civilisation technologique

Bien des hypothèses peuvent être avancées pour expliquer les raisons pour lesquelles une civilisation avancée ne se manifeste pas.

. le facteur temps : nous avons déjà évoqué la disparition d’une civilisation avant qu’elle puisse communiquer par la présence d’éléments extérieurs destructeurs (un pulsar à proximité par exemple) mais il peut également exister un problème de ressources locales : leur épuisement prématuré empêche la civilisation concernée d’aboutir à son minimum technologique.

. la civilisation extraterrestre ne souhaite pas communiquer et plusieurs explications sont ici possibles :

• la civilisation extraterrestre a les moyens de communiquer mais elle ne le veut pas par une sorte de peur presque paranoïaque d’une confrontation avec l’inconnu ;

• variante : les ressources disponibles dans l’Univers sont forcément limitées et une civilisation avancée est susceptible d’entrer en conflit avec ses concurrents potentiels (une éventualité développée par Liu Cixin sous le nom de « syndrome de la forêt sombre ») et donc de se mettre en danger ;

• afin de « laisser faire la nature », la civilisation extraterrestre attend que l’autre civilisation atteigne son propre niveau technologique. L’idée ici est qu’une technologie avancée se mérite et ne se « donne » pas à des esprits insuffisamment formés ;

• la civilisation avancée se rend compte que la « poursuite du progrès » suppose un lourd investissement en termes de ressources naturelles, éventuellement de surpopulation, de désordres climatiques, etc. Le bouleversement de son milieu naturel paraît trop important et la civilisation choisit de rester technologiquement modérée ;

• la Terre est une planète banale et peu développée qui n’intéresse pas une civilisation avancée…

• l’exemple que donne notre civilisation technologique ne peut que nous amener à nous interroger sur l’avenir de ce type d’organisation : et si l’état d’avancement d’une civilisation – à supposer que toute civilisation passe par les mêmes étapes qu’on pourrait alors qualifier « d’universelles » - portait en lui-même les germes de son autodestruction ? Un certain nombre de pièges est alors à éviter : armes atomiques, bactériologiques, gaspillage et destruction des ressources…

4. la communication est tout simplement impossible

L’écoute d’une production extraterrestre est certainement loin d’être aisée : on peut par exemple avancer que les extraterrestres sont si différents de nous que nous ne

savons peut-être pas repérer leurs différentes productions. De nombreux organismes, au premier rang desquels, le projet SETI (voir le sujet dédié), sont « à l’écoute », certains depuis de nombreuses années mais sans succès jusqu’à présent : n’y a-t-il rien à écouter ou ne savons nous tout simplement pas le faire ?

 Une fois encore rappelons les distances immenses qui nous séparent des éventuelles planètes abritant une vie intelligente : s’il faut beaucoup de temps pour accéder à une technologie avancée, et compte-tenu du fait que les moyens de communications voyagent moins vite que la lumière, il est possible que des émissions aient actuellement lieu mais qui mettront des millénaires pour parvenir dans notre environnement. Idem pour une éventuelle réponse… On se retrouve ici, avec ces distances quasi-infranchissables, dans le cas des voyages interstellaires, à la différence près, il est vrai, qu’une communication n’a pas besoin  de ressources propres pour subsister comme le demande un moyen de transport physique.

Le paradoxe de Fermi n’est pas résolu

Nous écoutons l’Univers depuis à présent plusieurs décennies sans résultats probants. Cela ne décourage pas les scientifiques, conscients que les quelques années « d’écoute » actuelles ne représentent rien par rapport à l’âge de l’Univers et que, d’autre part, les moyens étant limités, ne sont retenus que certains types d’étoiles dans une fenêtre d’observation forcement étroite.

D’autres initiatives sont en cours, notamment depuis qu’ont été observées des exoplanètes en nombre croissant : c’et peut-être en obervant la composition de leurs atmosphères (et leur modification non naturelle) que viendra une réponse qui permettrait alors de focaliser tous les moyens dans une direction bien précise. En effet, l’analyse de la lumière qu’émet une planète après avoir absorbé ou réfléchi celle de son étoile donne un spectre lumineux permettant d’analyser les gaz atmosphériques : la présence de méthane, d’oxygène ou d’ozone pourrait trahir l’existence d’organismes vivants. La qualité des outils d’observation progressant sans cesse, c’est peut-être un moyen d’obtenir une réponse au moins partielle…

Sources ::

            * Encyclopaedia Britannica

            * Wikipedia France

            * revue « pour la Science », Hors-Série 120, 0823, 71-78

* École polytechnique fédérale de Lausanne : https://epfl.ch

* futura-sciences.com

Images :

1 Enrico Fermi (sources : thefamouspeople.com)

2. la Voie lactée par Serge Brunier

3. soucoupe volante (sources : ici.radio-canada.ca)

4. naine rouge (sources : futura-sciences.com) 

5. vue d'artiste d'une civilisation extraterrestre (sources : futura-sciences.com)

6. le projet SETI (sources : bathtubbulletin.com)

Sujets apparentés sur le blog