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

Retour sur les galaxies

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

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

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

Les galaxies primordiales

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

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

Évolution des galaxies

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

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

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

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

Les amas de galaxies

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

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

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

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

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

Le Groupe Local

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

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

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

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

Un Univers immense et structuré que nous commençons seulement à appréhender

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

Sources :

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

* Wikipedia France : fr.wikipedia.org/

* Encyclopaedia Universalis

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

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

* le superamas Laniakea in www.astronomes.com/

Images :

* superamas Laniakae (sources : cosmovisions.com)

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

* galaxie primordiale (sources : dailygalaxy.com)

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

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

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

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

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

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

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mise à jour 27 mars 2023

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

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

Le temps des nébuleuses

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

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

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

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

Une galaxie comme les autres ?

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

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

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

Une structure presque classique

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Le cannibalisme d’Andromède

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

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

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

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

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

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

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

L’avenir du groupe local

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

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

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

La Voie lactée et Andromède presque sœurs

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

Sources :

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

Images :

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

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

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mise à jour : 18 janvier 2024

     « Joroan observait avec attention le soleil bleu qui s'apprêtait à disparaître derrière la colline escarpée. Depuis presque trois heures, son compagnon, le soleil rouge, s'était avant lui éclipsé. Du coup, la lumière ambiante, de bistre moyen, s'était parée d'un bleu étrange qui gommait les couleurs des terres et des montagnes. Il n'était pas facile pour un humain de se régler sur ces changements pourtant prévisibles mais toujours surprenants et Joroan n'avait dû qu'aux simulations d'entraînement de ne pas être totalement dépaysé. On disait même qu'à certaines périodes de l'année, probablement en fonction de l'éloignement respectif des deux binaires et d'éclipses plus ou moins complètes, la planète se paraît de teintes encore plus sauvages. Dans quelques minutes, l'obscurité allait se faire mais une obscurité elle-aussi inhabituelle, variable selon les heures et les endroits et donc d'autant plus traîtresse. »
                                                     (extrait du livre « Alcyon B »)
 

     Quel ciel étrange que celui d'une planète gravitant autour d'une étoile possédant un ou plusieurs compagnons stellaires ! Mais cela est-il possible dans un Univers qui ne serait pas seulement celui d'un auteur de science-fiction ? Je m'étais souvent posé la question puis, un jour, à la télévision, j'ai lu le point de vue d'un astronome très médiatisé (dont je tairai le nom) qui affirmait de façon péremptoire à peu près ceci (je le cite de mémoire) : « Il est tout à fait impossible qu'un système à plusieurs étoiles puisse posséder des planètes tournant autour de l'une d'entre elles et, a fortiori, de l'ensemble. En effet, ces planètes potentielles ne pourraient jamais maintenir une orbite stable et elles seraient soit rejetées vers l'un des soleils et donc détruites, soit évacuées du système vers le vide interstellaire. De plus, je peux affirmer que les forces d'attraction du système ne permettraient pas la création de tels astres ». Bon. Dommage pour les amateurs de science-fiction, me suis-je dit. De toute façon, il faudra encore bien du temps pour aller voir sur place si par hasard...

     C'était sans compter avec le génie de la Nature... et la curiosité des hommes. Depuis plusieurs années déjà, de nombreuses exoplanètes (voir glossaire et le sujet : planètes extrasolaires) ont été découvertes : plus de 1700 recensées en avril 2015. L'excellente revue Science & Vie a fait, en 2007, le point sur la question et, à cette occasion, a même cherché à décrire certaines d'entre elles, du moins à partir du peu que nous en savons. Je ne résiste pas au plaisir de citer quelques lignes de cette revue (Science & Vie, Hors-série 239, juin 2007) qui, je l'espère, me pardonnera la courte citation : « Trois soleils dans le ciel, voilà ce que découvrirait le visiteur de la planète HD 188753 A b, située à 140 années-lumière d'ici, dans la constellation du Cygne. Il s'agit d'une planète gazeuse à peine plus grosse que Jupiter qui tourne en un peu plus de 3 jours à seulement 6,6 millions de km de son soleil. Vue depuis cette planète, son étoile apparaît vingt fois plus grande dans son ciel que le Soleil depuis la Terre. Plus étonnant, un couple d'étoiles orangées tourne aussi autour de HD 188753 A (voir glossaire). Illuminée par ce système d'étoiles triples, l'exoplanète HD 188753 A b a été surnommée Tatooine par les astronomes, en référence à la planète où Luke Skywalker a grandi dans la Guerre des étoiles. »

     Il s'agit ici, bien sûr, d'une planète gazeuse et, qui plus est, très proche de son soleil mais elle a le mérite d'exister dans un système multiple. Nos outils d'observation ne sont pas encore suffisamment performants pour dénicher les petites planètes telluriques (comme la Terre) autour de ces soleils lointains mais je reste persuadé que ce n'est qu'une question de temps. Quoi qu'il en soit, l'astronome « expert » avait tort et l'auteur de science-fiction, sans le savoir, raison. Cela m'a donné l'idée de m'intéresser aujourd'hui à ces systèmes d'étoiles multiples qui doivent éclairer bizarrement les planètes qui s'y trouvent.

systèmes d'étoiles multiples

 
     D'emblée, il convient de préciser que je vais parler des étoiles doubles « vraies » (étoiles physiques) par opposition aux « fausses » (étoiles doubles optiques) qui ne paraissent proches que par un effet d'optique dû à la perspective (ces étoiles peuvent être en réalité très éloignées les unes des autres et ne sont, de toute façon, pas liées entre elles).

     Il existe des systèmes d'étoiles doubles, c'est à dire regroupant deux étoiles - qu'on appelle aussi étoiles binaires - et des systèmes d'étoiles multiples comportant trois, quatre voire plus d'étoiles liées les unes aux autres. Notons que ces dernières (plus de deux) sont quand même nettement plus rares que les binaires proprement dites. Quel que soit leur nombre, ces astres, liés par la gravitation, ont la particularité de tourner autour d'un point commun virtuel qui est la résultante des différentes forces d'attraction. Plus ces étoiles liées sont nombreuses et plus le calcul de leurs orbites respectives sera, on le comprend bien, compliqué.

  
nombre et formation des étoiles multiples

 
     Jusqu'à il y a peu, on pensait que la grande majorité des étoiles étaient doubles ou multiples. On a avancé le chiffre de 70% ce qui ne laisse que 1/3 des étoiles comme notre Soleil, c'est à dire solitaires. En fait, on est quelque peu revenu sur cette affirmation car s'il est vrai que la majorité des étoiles massives et brillantes sont doubles, cela est moins le cas des naines rouges qui forment le gros bataillon de l'armée stellaire. Reste que les étoiles doubles sont très nombreuses (environ 50% de l'ensemble des étoiles) et on peut se demander pourquoi. Pour cela, il faut comprendre leur mode de formation.

     Avant qu'une étoile n'apparaisse, il existe un immense nuage de gaz d'hydrogène dont une partie va se contracter sur elle-même, attirant de plus en plus de gaz et de poussières (voir le sujet : la formation des planètes). Les forces gravitationnelles augmentant avec la densité, il y a échauffement et condensation du nuage : la protoétoile rayonne d'abord dans l'infrarouge puis initie une réaction nucléaire si chaleur et masse sont suffisants. Une nouvelle étoile va alors « s'allumer ». Le nuage primordial, toutefois, n'est pas homogène et ses mouvements plus ou moins violents peuvent conduire à sa fragmentation : plusieurs parties du nuage peuvent aboutir à des étoiles dont la proximité les lient inéluctablement. En schématisant quelque peu, on pourrait presque dire que l'importance du nuage originel explique pourquoi les naines rouges qui sont de petites étoiles, plus petites que le Soleil, sont isolées tandis que les étoiles massives et supermassives ont des compagnons proches...

observation et classification des étoiles multiples

 
     En dépit du perfectionnement de nos outils d'observation, il reste difficile d'identifier les systèmes d'étoiles multiples dès lors qu'ils sont suffisamment éloignés de nous (C'est d'ailleurs totalement impossible en dehors de notre galaxie). On va donc chercher, comme toujours en astronomie lorsque l'observation directe est insuffisante, à s'en remettre à des preuves indirectes.

 
     Certaines étoiles présentent des variations de magnitude (éclat apparent) mais selon un processus totalement différent des céphéides ou étoiles variables que nous avons évoquées dans un sujet précédent (voir sujet céphéides). Ici, il ne s'agit pas d'une réelle variation de la luminosité de l'étoile mais de l'éclipse mutuelle de deux étoiles dont les orbites se superposent à un moment donné : l'éclat le plus faible se produit lorsque l'étoile la moins brillante vient se superposer à la plus brillante (dans le cas contraire, on voit également une variation de magnitude mais plus difficile à discerner). On parle alors de binaires à éclipses. La plus célèbre de ces étoiles est Algol (de la constellation de Persée), un couple d'étoiles où la plus brillante, une géante bleue, est en partie occultée par son compagnon, un astre orangé. Il en existe d'autres comme la supergéante rouge en fin de vie, Antarès, que j'ai déjà évoquée dans un autre sujet, ou Sirius, géante rouge occultée par son compagnon, une naine blanche.

 
     Une autre façon d'identifier des binaires est de visualiser la soudaine apparition d'une "nouvelle étoile", une " nova ". Il s'agit de la brusque augmentation de luminosité d'une étoile intervenant lors de sa fin de vie : est alors presque certainement concerné un système binaire associant une naine blanche (étoile compacte au cœur éteint) qui « capte » de la matière provenant de sa compagne. Le gaz arraché ne s'incorpore pas directement à la naine blanche mais forme un anneau brûlant autour d'elle (on parle alors de disque d'accrétion) qui explique les variations de luminosité observées.

 
     Signalons enfin les binaires X : en pareil cas, il ne s'agit pas de variation de lumière visible mais d'un sursaut d'émission de rayonnement X correspondant lui-aussi à un transfert de matière entre une étoile encore en activité vers son compagnon qui est soit une étoile à neutrons, soit plus rarement un trou noir (voir sujet mort d'une étoile).

 
          devenir des systèmes d'étoiles multiples

 
     Je faisais précédemment allusion à la complexité des orbites de ces étoiles liées. On peut comprendre que de tels systèmes deviennent instables à plus ou moins long terme. Au bout d'un certain temps d'évolution commune, ces systèmes ont tendance à se simplifier, c'est à dire à se séparer. Je fais ici allusion au fait que certaines étoiles dont les orbites se déséquilibrent peu à peu finissent par être expulsées du système dont elles font partie.

     Les américains utilisent un terme précis pour ces astres : ils parlent de « runaway stars », ce qui veut à peu près dire étoiles qui s'échappent ou qui s'évadent (en français, ces objets sont appelés : 'étoiles errantes ou erratiques"). En raison des puissantes forces à l'œuvre en la matière, ces étoiles sont expulsées à grande vitesse et c'est précisément cette caractéristique qui permet de les repérer. Il peut s'agir de la perturbation de l'orbite de l'intéressée par un troisième corps excitateur ou d'un choc entre une étoile à neutrons et sa compagne qui les projette à grande vitesse loin l'une de l'autre. Quoi qu'il en soit, la mise en évidence de la vitesse excessive d'une étoile (plus de 50 km par seconde) signe ce qui est probablement la conséquence d'un de ces cataclysmes.

 
beauté des étoiles doubles

 
     Le fait que coexistent dans le ciel d'une planète plusieurs étoiles de couleurs différentes doit être à la fois superbe et considérablement dérangeant pour des êtres comme nous que la théorie de l'évolution a sélectionné pour une lumière bien précise, celle du Soleil. Je me demande quand même ce que peut être la résultante lumineuse de l'exposition à un soleil rouge agrémenté dans le lointain d'une géante bleue ou bien d'une étoile orangée dont les compagnons seraient vert pour l'un et blanc pour l'autre...

     Simple rêveries évidemment puisque, outre le fait que nous ne savons pas quitter notre propre système solaire, il est peu probable que de tels mondes nous permettent jamais d'y survivre dans des conditions acceptables. A moins que des machines bardées d'équipements spéciaux ?

Glossaire

 
     * exoplanète : planète extérieure au système solaire et tournant en conséquence autour d'une autre étoile que le Soleil. Soupçonnées depuis longtemps (Giordano Bruno est mort sur le bûcher pour l'avoir affirmé trop tôt), elles n'ont été mises en évidence avec certitude que vers la toute fin du 20ème siècle. En novembre 2014, plus de 1700 d'entre elles ont été observées et répertoriées.

 
     * HD 188753 A désigne évidemment l'étoile puisque, le nombre de celles-ci étant infini, il paraît illusoire de vouloir les baptiser toutes d'un nom propre, théoriquement réservé aux plus importantes et/ou anciennement découvertes d'entre elles. Les planètes gravitant autour d'une étoile sont donc affublées de la même appellation chiffrée, agrémenté d'une lettre (ici « b ») selon leur place dans le système stellaire concerné. Il est à noter que les catalogues répertoriant les corps célestes sont très nombreux (plus de 5000 si on incorpore les catalogues dits « historiques »). En réalité, seuls quelques uns comme ceux de Messier, du télescope Hubble, etc. sont utilisés pour les objets généraux tandis que d'autres, plus spécialisés, regroupent par exemple les pulsars ou les étoiles binaires. L'appellation du corps céleste commence donc par un groupe de lettres qui donne le nom du catalogue retenu (M pour Messier, GSC pour Hubble, etc.). Ici, HD débutant l'appellation de l'exoplanète citée signifie Henri Draper Catalogue, une classification très en vogue, notamment aux États-Unis.

Images

1. étoiles doubles (vue d'artiste) (sources : www.futura-sciences.com)

2. étoile binaire (sources : fr.images.search.yahoo.com)

3. vue d'artiste d'un pulsar dans un système binaire (www.cenbg.in2p3.fr)

4. coucher de soleils sur une planète appartenant à un système d'étoiles doubles (vue d'artiste) (sources : www.techno-science.net)

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

Mots-clés : revue Science & Vie - planète tellurique - étoiles binaires - naine rouge - magnitude - céphéides - binaires à éclipse - Algol - Antarès - Sirius - nova - naine blanche - binaire X - étoiles à neutrons - trou noir - runaway stars 

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

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Mise à jour : 19 février 2023

 le catalogue de Messier

     Je me souviens parfaitement de ma classe de quatrième et de ce moment privilégié du lycée (à l’époque, on appelait lycées les établissements allant jusqu’au bac, le terme de collège étant réservé à ceux qui s’arrêtaient en classe de troisième), ce moment de plaisir intense que représentait la « grande » récréation d’après la cantine. Puisque nous avions quartier libre jusqu’à deux heures de l’après-midi, nous nous retrouvions souvent entre amateurs d’astronomie pour commenter les dernières nouvelles du ciel, glanées au hasard d’une quelconque revue de vulgarisation.

     Il y avait là deux groupes antagonistes (la vérité m’oblige toutefois à reconnaître que les protagonistes n’étaient pas très nombreux), groupes qui s’opposaient entre autres sur un sujet fort polémique : la création de l’Univers. Rien que ça ! Les uns, suivant Fred Hoyle, étaient les tenants de « l’univers stationnaire » tandis que les autres se rangeaient, avec Hubble, à l’idée d’un « univers en expansion ». Nous ne faisions, probablement sans le savoir, que refléter à notre minuscule échelle les débats très animés qui agitaient le petit monde de l'astronomie. Il faut dire que la question n'était pas encore tranchée puisque la découverte du rayonnement fossile de Penzias et Wilson (voir l’article fonds diffus cosmologique) n’eut lieu qu’en 1964, découverte qui permit d’asseoir définitivement (?) la théorie du Big Bang. S’opposaient donc la théorie d’un univers statique et quasi éternel où les créations d’étoiles équilibraient exactement la mort des plus anciennes et celle d’un univers en expansion continue, issu d’un noyau originel, et pour lequel il n’était pas clairement précisé s’il y avait ou non élaboration significative de nouvelles étoiles.

     Aujourd’hui l’expansion de l’Univers n’est plus remise en question : on sait même qu’elle va en s’accélérant… Toutefois, Hoyle et ses partisans n’avaient pas complètement tort puisqu’il existe bien une création importante et continue des étoiles, du moins dans certaines galaxies. Car les étoiles sont, on le sait, regroupées dans l’Univers au sein de milliards de galaxies séparées par un vide quasi-absolu et c’est sur ces objets immenses - les « univers-îles » soupçonnés par le philosophe allemand Emmanuel Kant - que je souhaite revenir maintenant. 
 

nébuleuses et univers-îles

     Depuis toujours, lorsque l’on observait le ciel, en dehors du Soleil et de ses planètes, trois types différents d’objets étaient identifiables : les étoiles, les comètes (repérables par leurs mouvements) et des objets flous aux contours imprécis qu’on appelait nébuleuses. Il faudra attendre le XVIIème siècle et la lunette de Galilée pour que celui-ci, en 1610, observant la Voie lactée, y distingue de très nombreuses étoiles, faiblement lumineuses… La Voie lactée, c’est à dire notre propre galaxie, n’était donc plus cette traînée blanchâtre – le lait céleste des anciens – aux contours diffus : la gigantesque nébuleuse étaient composée d’étoiles. 

     Un peu moins de 150 ans plus tard, en 1755, dans son traité « Histoire universelle de la nature et théorie du ciel », le philosophe Emmanuel Kant (1724-1804) imagina que notre galaxie était vraisemblablement un corps en rotation et que c’était la gravitation qui liait entre elles toutes les étoiles la composant. C’était un éclair de génie prémonitoire d’autant que Kant proposa dans la foulée que les nébuleuses multiples observées ça et là étaient des galaxies – il les appelait des univers-îles – extérieures à la nôtre. L’idée fit sourire et on n’y attacha pas plus d’importance, d’autant qu’il était bien difficile de faire la preuve de cette affirmation. 

     On se contenta donc de cartographier les nébuleuses, de les répertorier, de les nommer, le plus souvent afin de ne pas les confondre avec les comètes. Messier puis Herschel bâtirent des catalogues encore utilisés aujourd’hui jusqu’à ce que, un siècle après Kant, William Parsons construise un télescope qui démontra sans erreur que, mais oui, certaines de ces nébuleuses étaient composées d’étoiles. Toutefois, pas question d’imaginer que ces « nébuleuses d’étoiles » soient situées en dehors de notre galaxie qui restait « l’Univers » dans tout entier. Un relent d’anthropocentrisme ? (voir sujet : Terre, centre du Monde) 

     C’est Edwin Hubble qui mettra fin à la polémique en 1924 en démontrant que certaines nébuleuses sont extérieures à la Voie lactée, ses travaux étant confortés par Henrietta Leavitt et son recours aux céphéides (voir sujet céphéides) pour calculer leurs distances. Précisons pour être complets que les nébuleuses intérieures à la Voie lactée n’ont évidemment rien à voir avec une quelconque galaxie et sont d’origines diverses : amas globulaires, nébuleuses planétaires, nuages de gaz, etc.

     Des galaxies, en tout cas, il y en a beaucoup : les calculs statistiques montrent que le nombre de galaxies observables dans l’univers visible est d’environ cent milliards ! Moins d’une centaine de millions d’entre elles ont été à ce jour photographiées et on imagine aisément le temps qu’il faudrait pour les enregistrer toutes : certainement plusieurs siècles… 
 

 
origine et composition des galaxies

     Elles proviennent toutes du nuage primordial issu du Big Bang. Sous l’effet des pressions considérables et de la gravitation, le gaz s’est aggloméré pour former des milliards d’étoiles regroupées dans les galaxies qui, du fait de l’expansion de l’Univers, ont commencé à s’éloigner les unes des autres. Du moins lorsqu’elles sont déjà suffisamment lointaines car, proches les unes des autres, elles restent liées dans ce que l’on appelle des amas (voir glossaire) : c’est le cas de notre galaxie qui se trouve dans un amas appelé le groupe local comprenant également la grande galaxie d’Andromède. Dans ce cas particulier, les galaxies ont au contraire la propriété de s’attirer et on estime qu’Andromède se heurtera à notre propre Voie lactée dans deux à trois milliards d’années.

     Pour le reste, c’est à dire l’essentiel, elles s’éloignent et c’est précisément ce qu’a démontré Hubble en étudiant les spectres des galaxies (extérieures au groupe local) qui invariablement tirent vers le rouge (redshift), effet Doppler oblige. 

     Depuis le Big Bang, il y a 13,7 milliards d’années, bien des choses ont changé et ce ne sont plus tout à fait les mêmes étoiles qui composent les galaxies. La première génération d’étoiles supergéantes - dites étoiles primordiales - a depuis longtemps disparu : la durée de vie assez courte de ces étoiles explique le phénomène (notons à l’inverse que ce n’est pas le cas général puisque les « petites » naines rouges peuvent vivre jusqu’à 100 milliards d’années). On comprend donc que les générations postérieures d’étoiles incorporent des métaux qui ne peuvent provenir que de leurs ancêtres, ces supergéantes qui ont modifié la composition du ciel pour le faire tel qu’il est de nos jours… De plus amples informations sur ces étoiles très particulières sont accessibles dans le sujet qui leur est consacré : les étoiles primordiales.

     Lorsqu’on observe les galaxies lointaines, on voit en réalité le passé. Une galaxie située à, disons, un milliard d’années-lumière (al) de nous est visible telle qu’elle était il y a un milliard d’années, temps qu’a mis sa lumière à nous parvenir. Une époque où elle était plus jeune et fabriquait théoriquement plus d’étoiles. Est-ce à dire qu’aujourd’hui il ne naît plus d’étoiles ? Qu’en est-il de notre galaxie ? Avant de répondre à cette question, il faut revenir sur les différents types de galaxies observables. 

 

classification des galaxies

  
     Les astronomes savent depuis le début de leur observation réelle des galaxies qu’elles ne sont pas toutes identiques. Elles diffèrent évidemment par leurs tailles mais également par leur aspect ; on décrit quatre types différents de galaxies, à savoir :

  

          * les spirales

     La Voie lactée appartient à ce groupe, tout comme sa voisine dans le groupe local, la galaxie d’Andromède M31. J’ai déjà eu l’occasion d’en dire deux mots dans un sujet précédent (voir sujet place du Soleil dans la Galaxie).

     Notre galaxie se présente sous la forme d’un disque épaissi dans sa partie centrale (un peu comme, vues par la tranche, deux assiettes à potage collées tête bêche). Dans le centre du disque siègent un trou noir géant (Sagittarius A) que l’on ne peut que soupçonner de façon indirecte et, tournant autour de lui, des milliards d’étoiles : ce centre, appelé bulbe, renferme essentiellement des étoiles anciennes. Anciennes parce que le gaz interstellaire qui permet la formation des étoiles est pour sa grande part épuisé. Je crois volontiers que certains ciels de cet endroit doivent être féériques : imaginons-nous sur une planète d’un système solaire proche de ce centre ; les nuits doivent y être prodigieuses avec d’immenses nuées d’astres brillants d’une densité telle qu’il est parfaitement possible que ces soleils innombrables illuminent les terres presque comme en plein jour !

     Autour du bulbe se distribuent les bras spiraux (le Soleil est dans l’un d’entre eux - voir sujet précédemment cité) qui, sous l’effet de la gravitation, sont en rotation autour du centre. C’est là que naissent les étoiles car il y a encore beaucoup de gaz. Sous la pression d’étoiles géantes en fin de vie qui explosent, le gaz est comprimé et donne naissance à une pouponnière d’étoiles avec, parmi elles, de nouvelles supergéantes qui, à leur mort, entretiendront le processus de formation. Comme toutes les spirales qui lui ressemblent, la Galaxie (que l’on ne devrait plus appeler Voie lactée mais l’habitude est une seconde nature) est encore féconde.

  

          galaxies spirales barrées

     Il existe un phénomène concernant les galaxies spirales que nous n’avons pas encore évoqué : la présence d’une barre d’étoiles pouvant couper de part en part le centre d’une galaxie ; on parlera alors de galaxie barrée et, surprise, depuis peu, on croit savoir que c’est le cas de la Voie lactée. Quel est donc ce phénomène qui touche les 2/3 des galaxies spirales ?

     Ces barres sont en fait des ondes de densité qui se développent spontanément dans le disque galactique en gravitation. On sait qu’un disque galactique est d’autant plus instable qu’il est « froid », c’est à dire associant peu de mouvements désordonnés à une rotation forte. La barre est un phénomène qui rompt la symétrie de l’axe galactique quand celui-ci est relativement instable et, de ce fait, le gaz interstellaire est attiré vers le centre d’où des flambées de nouvelles étoiles. Les galaxies barrées trouvent là un autre moyen de créer de nouveaux soleils.

     Du coup, pour les galaxies barrées typiques, les bras n’émergent plus du bulbe central dans son ensemble mais de la bande d’étoiles constituant la barre. Ajoutons que plus il y a de matière (d’étoiles) ainsi constituée et plus la barre a tendance à disparaître, le disque retrouvant sa stabilité. Compliqué ? Non, pas vraiment : il s’agit d’un phénomène finalement assez simple dont la seule particularité est de se produire à une échelle gigantesque. Quoi qu’il en soit, cette dernière manière de caractériser une galaxie permet de comprendre que celles-ci passent par des cycles successifs et répétés qui traduisent leur plus ou moins grande propension à créer des étoiles.
 

          * les elliptiques

     Ce sont des galaxies qui n’évoluent pratiquement plus : dans longtemps d’ici, la Voie lactée deviendra probablement ainsi (mais pas avant d’avoir plus ou moins fusionné avec sa voisine Andromède). Ces galaxies se présentent sous la forme de sphères ou de configurations ovales comme un ballon de rugby et elles sont essentiellement composées d’étoiles âgées, principalement des naines rouges et blanches. Ne possédant plus de gaz qu’elles ont épuisé, elles n’ont pas connu de véritables naissances stellaires depuis des millions d’années.

     Elles sont aussi souvent gigantesques, regroupant parfois jusqu’à 10 000 milliards d’étoiles, un chiffre difficile à appréhender… Puisqu’elles sont si massives, elles étendent leur influence gravitationnelle très loin d’elles ce qui explique pourquoi elles sont entourées de petites galaxies dites satellites : dans leur propre amas, ces monstres finiront par capter toutes leurs petites voisines pour augmenter encore de taille.
 

 
          * les irrégulières

     De taille bien moins importante que celles des deux types précédents, il s’agit peut-être de galaxies spirales « ratées » en ce sens que leur faible masse les a empêchées d’évoluer normalement. Il n’empêche : elles sont aussi le siège de naissances d’étoiles comme en témoigne la présence de nombreuses supergéantes bleues. J’ajoute que les « nuages de Magellan », galaxies satellites de la Voie lactée, font partie de ce type.

          * les lenticulaires

     Il reste, pour être complet, à citer cette dernière forme de galaxies qui, au contraire des précédentes, sont très symétriques. Composées essentiellement d’un bulbe presque hypertrophié et d’un disque aplati de petite taille, elles n’ont plus ni gaz, ni poussière susceptibles de permettre l’éclosion de nouvelles étoiles : les leurs sont donc les plus vieilles de l’Univers. 
 

 
Répartition des diverses catégories de galaxies

     La majorité des galaxies visibles dans le ciel sont des spirales puisqu’elles représentent un peu plus de 60% de l’ensemble. On trouve ensuite, en ordre décroissant, les lenticulaires (21%), les elliptiques (13%) et, enfin, les irrégulières (un peu plus de 5%). Pour obtenir ces chiffres, on n’a retenu que les galaxies les plus proches de nous. En effet, comme je l’ai dit précédemment, regarder le ciel lointain, c’est regarder le passé : du coup, regarder un peu trop loin, c’est obtenir un cliché qui n’est probablement plus d’actualité, les astres ayant évolué depuis cette date.

Evolution et devenir des galaxies

  

     Les galaxies sont organisées en amas pouvant comporter des centaines voire des milliers de sujets. Entre ces amas, le vide. Car, malgré ses milliards de galaxies, l’Univers est si grand que sa presque totalité est du vide : on pense que celui-ci contient moins d’un atome par mètre-cube…

     Les amas de galaxies ne sont pas distribués au hasard. A une échelle encore plus grande, on trouve des superamas, preuve que l’Univers est organisé en des sortes de cellules dont les bords renferment les amas galactiques et le centre du vide. Le meilleur moyen de se représenter l’Univers à cette échelle est de le comparer à une éponge qui grossirait sans cesse (à la différence près qu’en dehors de l’éponge, ici, il n’existe rien). Chaque cellule a un diamètre approximatif de 300 millions d’al et c’est aux points de contact de ces cellules qu’existe la plus grande concentration de galaxies.

     Revenons à une dimension moins énorme. Une galaxie est donc un assemblage immense d’étoiles et, du moins dans celles qui le peuvent encore, il en naît chaque jour des millions. Celles qui le peuvent ce sont les spirales et les irrégulières, soit les ¾ des galaxies : c’est dire combien, en dépit de ses milliards d’années d’existence, l’Univers est encore jeune.

     Les étoiles ne naissent pas isolément mais par centaines en même temps ce qui explique l’expression souvent retrouvée en astronomie de pouponnières d’étoiles. Les nodules de gaz et de matière présents dans une galaxie se condensent sous l’effet de la gravitation, deviennent de plus en plus chauds jusqu’à atteindre des millions de degrés, un stade à partir duquel s’enclenche la réaction thermonucléaire qui conduira à la création d’une pléiade de nouveaux soleils.

     Parfois, l’explosion voisine d’une supernova accélère le processus. Puis, ces étoiles, de par les forces de gravitation, s’éloignent progressivement les unes des autres pour vivre leur vie plus ou moins solitaire (une grande partie d’entre elles sont organisées en systèmes multiples comme cela est expliqué dans le sujet : étoiles doubles et systèmes multiples). Pour le Soleil, par exemple, vieux de 4,5 milliards d’années, il n’est plus possible de savoir quels étaient ses frères et sœurs, la dispersion ayant fait son œuvre mais ce n’est pas le cas d’étoiles plus récentes.

     Toutefois, même pour les galaxies plus anciennes, comme les elliptiques, tout espoir n’est pas perdu : une autre source de création d’étoiles est le choc entre deux galaxies, par exemple une elliptique géante et l’une de ses galaxies satellites. Vu de loin, on observe un interpénétration des deux systèmes qui peut durer des millions d’années. Les forces gravitationnelles qui les attirent en bouleversent la structure : ici, un morceau de galaxie est incorporé à la plus massive et se met à tourner avec elle, ailleurs un morceau d’un disque se trouve amputé et reste un temps solitaire. A l’échelle des étoiles, le phénomène n’est guère perceptible : celles-ci sont séparées par tellement de vide qu’il est très peu probable qu’une collision se produise. Tout au plus, une étoile peut-elle être captée par un système déjà formé… En revanche, il est très vraisemblable que les nuages de gaz encore présents s’échauffent d’où la possibilité de naissances d’étoiles même dans des galaxies théoriquement stériles.

     Quel sera le devenir de l’Univers ? On sait depuis peu qu’il continue son expansion (voir le sujet : l'expansion de l'Univers). Plus encore, depuis les observations effectuées par les dernières sondes lancées, on sait que cette expansion a tendance à s’accélérer. Si rien n’inverse le processus, on peut imaginer que les distances entre les galaxies vont s’accroitre tandis que les amas vont finir par s’unifier. Et après ? On ne peut que conjoncturer un refroidissement progressif et une dispersion dans un vide total… Mais il faut néanmoins faire attention : bien des choses restent à découvrir qui, peut-être, invalideront ce scénario de fin du monde. N’oublions pas, par exemple, que nous ne savons pas grand chose de la matière qui compose l’Univers. Les calculs, ici, sont formels : toute la masse visible ne représente qu’une fraction de la masse totale. Comme je l’ai déjà expliqué dans un précédent sujet (voir matière noire et énergie sombre), les galaxies, étoiles et autres gaz divers ne représentent qu’environ 4% de la masse universelle globale : 74% sont attribués à une mystérieuse matière noire et 21% à une non moins énigmatique énergie sombre. Les années à venir nous réservent sans doute des surprises…


     Les galaxies sont des structures gigantesques composées de milliards de soleils et de probablement encore plus de planètes. Elles sont autour de nous par milliards, brillantes, indifférentes et muettes. Même la seule dont nous connaissons une toute petite partie, la Galaxie, notre galaxie, est si gigantesque qu’une civilisation humaine toute entière aurait à peine le temps d’en effleurer la réalité. C’est exprimer combien l’Univers visible est immense et combien nous sommes petits, infinitésimaux pour ainsi dire. Si les êtres humains prenaient parfois le temps d’y réfléchir, je suis à peu près certain que bien des problèmes qui agacent notre vie quotidienne seraient alors considérés comme négligeables : Oculos habent et non videbunt… (ils ont des yeux mais ne voient pas)
 

 


Glossaire

     * Amas de galaxies : un amas de galaxies est l'association de plus d'une centaine de galaxies liées entre elles par la gravitation. En dessous de 100, on parle plutôt de groupe de galaxies, même si la frontière entre groupe et amas n'est pas clairement définie.

     Ces amas se caractérisent par leur forme (spécifique, sphérique, symétrique ou quelconque) ainsi que par la répartition et leurs nombres de galaxies (jusqu'à plusieurs milliers). Ils se sont formés il y a 10 milliards d'années, ce qui est relativement tôt par rapport à l'âge de l'univers (environ 14 milliards d'années). Ces amas peuvent eux-mêmes s'associer en groupes plus grands pour former des superamas.  

     Les amas de galaxies sont des structures stables, c'est-à-dire que ses constituants ne peuvent s'échapper du puits de potentiel gravitationnel de l'amas, les plus grandes et les plus massives de l'Univers actuel.

     Notre Galaxie appartient à un groupe de galaxies, comprenant une trentaine de galaxies, appelé Groupe local, lui-même inclus dans le superamas de la Vierge. (in Wikipedia France)

Images

1. le catalogue de Messier (sources : www.astrofiles.net/)

2. Emmanuel KANT, peinture anonyme vers 1790 (sources : www.culture.gouv.fr/)

3. la galaxie spirale NGC1232 Eridan (sources : cidehom.com)

4. la galaxie spirale barrée NGC 7424 (sources : www.insu.cnrs.fr/)

5. superamas de galaxies (sources : www.oca.eu/)

   De nouvelles étoiles naissent-elles régulièrement dans le cosmos ? Cette question peut paraître quelque peu puérile de nos jours mais il n’en fut pas toujours ainsi.  Il y a encore une soixantaine d’années une grande partie de la communauté scientifique pouvait en douter. Il faut dire que, historiquement, le débat sur l’éventuelle naissance d’étoiles dans l’univers opposait deux écoles. Certains astronomes étaient plutôt partisans de la « théorie du noyau originel » et d’une création stellaire active et continue tandis que les autres pariaient sur un cosmos invariable qui, certes, s’enrichissait de matière mais au sein d’un univers dont l’état était permanent et immuable, un univers dit « stationnaire ».

Deux théories parfaitement contraires

   Avec la publication par Albert Einstein de la théorie de la relativité générale, pour la première fois dans l’histoire de l’Humanité, la cosmologie s’affranchissait totalement des apriori religieux pour entrer de plain-pied dans le domaine scientifique. Dès les années 1930, le cosmologiste (et abbé) belge Georges Lemaître avait avancé l’hypothèse que l’origine de l’univers pouvait se trouver dans la désintégration d’un noyau originel très dense et très chaud. Il nomma son hypothèse « théorie de l’atome primitif ». Pour affirmer ses dires, il s’appuyait sur la mise en évidence en 1929 par Edwin Hubble de l’expansion de notre univers. Cette approche encore très rudimentaire fut affinée dans les années qui suivirent pour aboutir à ce que l’on appelle aujourd’hui la théorie du Big bang.

   Toutefois, une grande partie des scientifiques qui s’intéressaient à la question restait sceptique et pour proposer une alternative à cette théorie qu’il considérait comme ridicule, le grand astronome britannique Fred Hoyle proposa une explication totalement différente (pour ne pas dire opposée) : l’univers stationnaire. Dans cette approche, respectant à la

lettre la théorie de la relativité générale, Hoyle postule que l’univers obéit au principe cosmologique parfait, à savoir qu’il est homogène et isotrope ( ce qui veut dire que à grande échelle sa structure est toujours la même). En résumé, l’univers de Hoyle est identique à lui-même en tout endroit de l’espace et ce quelle que soit l’époque concernée. Reste le problème de l’expansion de l’univers qui dilue inéluctablement la matière avec le temps : cela suppose, explique l’astronome britannique, une création continue de matière au sein des étoiles de façon à conserver un équilibre parfait pour  un univers éternel et immuable. Évidemment, nul besoin ici de phase initiale chaude et dense… Hoyle en est tellement persuadé que, en 1949, dans une tribune radiophonique restée célèbre, pour se moquer de l’hypothèse concurrente de la sienne, il la baptise sarcastiquement de « Big bang »… une appellation ironique qui aura le succès que l’on sait  !

   Concernant les naissances de nouvelles étoiles, seule la théorie du Big bang consent à les envisager mais les instruments de l’époque ne permettent pas de les mettre en évidence.

   Ce n’est qu’en 1964 que, totalement par hasard, deux scientifiques, Penzias et Wilson, qui travaillaient sur une antenne expérimentale pour la compagnie téléphonique Bell,

mirent en évidence un bruit de fond continu et dans toutes les directions : ils venaient de découvrir les traces radio du fonds diffus cosmologique, c’est-à-dire le reliquat des tous premiers instants de l’Univers, le moment du début de son expansion. La conclusion est alors sans appel : l’univers n’est pas stationnaire mais a eu un point de départ, sommairement appelé Big bang. (voir le sujet « fonds diffus cosmologique » ici).

   Les années s’écoulant et le matériel devenant de plus en plus performant (télescope spatial Hubble et grands télescopes terriens à optique adaptative entre autres), il est aujourd’hui possible de repérer dans le ciel de notre galaxie les zones de création stellaire.

Formation d’une étoile

   Outre de très nombreuses étoiles, la Voie lactée est l’endroit où l’on peut rencontrer d’immenses bancs de poussière et de gaz. C’est à partir de certains de ces objets appelés en astronomie « nébuleuses » en raison de leurs contours imprécis que peuvent se former de nouvelles étoiles.

   Les nébuleuses galactiques sont essentiellement formées de gaz (99%) contre seulement 1% de poussière. Ce gaz est principalement de l’hydrogène moléculaire (c’est-à-dire dans un état où les atomes se sont associés pour former des molécules) occupant d’immenses espaces souvent compris entre 50 et 300 années-lumière. Cet hydrogène est alors à une température proche du zéro absolu pour une densité de 1000 molécules par centimètre cube. Ces nuages résistent à la forte gravité qui devrait les faire s’écrouler, notamment grâce à la force centrifuge (puisqu’ils tournent sur eux-mêmes) et au champ magnétique interstellaire.

   Toutefois, cette situation de relatif équilibre peut se rompre sous l’action de certains facteurs comme l’explosion d’une supernova voisine dont l’onde de choc de l’explosion peut déstabiliser le nuage moléculaire ou la traversée par ce nuage d’un endroit plus dense de la Galaxie où il subira une compression entraînant son effondrement gravitationnel.

   Quoi qu’il en soit, l’effondrement du nuage conduit à sa fragmentation avec l’apparition de blocs de plus en plus petits

tandis que la température s’élève progressivement. Cette fragmentation finit par s’arrêter lorsque les blocs de gaz sont tout petits ; toutefois chaque petit nuage de gaz continue de se contracter et de se réchauffer par conversion de son énergie gravitationnelle en énergie thermique. Le gaz devient de plus en plus opaque et ce qui, en réalité, est déjà une proto-étoile va voir sa lumière passer de l’infrarouge à la lumière visible.

   C’est au centre de l’étoile en formation que la température et la densité augmentent le plus et lorsque les dix millions de degrés sont atteints, les réactions nucléaires de fusion de l’hydrogène s’amorcent. La pression interne de l’étoile s’oppose aux forces gravitationnelles et un équilibre est finalement atteint avec l’arrêt de la contraction : l’étoile en est alors à un stade qu’on pourrait qualifier « d’adulte » et se trouve donc sur la séquence principale du diagramme de Hertzsprung- Russell (sur lequel nous reviendrons).

   En périphérie s’est formé un disque d’accrétion qui finit par s’estomper avec le temps mais non sans avoir éventuellement donné des planètes qui formeront avec l’étoile centrale un système stellaire.

   Toutes les étoiles ne naissent pas dans de grandes nébuleuses gazeuses puisque certaines voient le jour dans de petits nuages moléculaires de quelques années-lumière seulement mais les étoiles alors formées sont également petites.

   Ajoutons également que certaines étoiles géantes ont une vie (relativement) courte - quelques centaines de millions d’années - par opposition aux étoiles les plus nombreuses de notre Galaxie (et certainement de toutes les autres), les naines rouges, qui peuvent exister et briller durant des dizaines de milliards d’années. La formation d’une étoile est également variable (sans commune mesure néanmoins avec la durée de sa vie réelle) : par exemple, on estime que la durée de formation d’une naine jaune comme le Soleil est de l’ordre de quelques dizaines de millions d’années (pour une vie d’environ 10 milliards d’années) alors que, pour une étoile bien plus grosse, disons d’une dizaine de masses solaires, elle ne dépassera pas 100 000 ans.

Classification des étoiles : le diagramme de Hertzsprung-Russell (diagramme HR)

   Nous avons déjà à plusieurs reprises abordé l’origine et l’utilité de ce diagramme HR (comme par exemple dans ce sujet : la couleur des étoiles ) et nous rappellerons simplement qu’il s’agit d’une sorte de carte de la répartition des différentes étoiles en fonction de leur luminosité et de leur température effective, ce qui permet de les classer en différents groupes mais aussi d’objectiver leur évolution.

   La grande majorité des étoiles (environ 90%) se situe sur une ligne médiane appelée séquence principale allant de, en haut, à gauche du diagramme (chaud et très lumineux), jusqu’à, en bas, à droite (froid et peu lumineux). Outre le gros bataillon des étoiles de la séquence principale, on peut mettre en évidence trois autres groupes. Deux sont situés au dessus de cette séquence principale, celui des supergéantes, ultra-minoritaire, et celui des géantes qui sont en fait des étoiles en fin de vie (Lorsqu’il aura brûlé tout son hydrogène, notre Soleil passera par le stade de géante rouge et quittera donc la séquence principale sur laquelle il se trouve actuellement pour encore cinq à six milliards d’années). Le groupe situé en dessous de la séquence principale ne concerne pas réellement des étoiles puisque c’est celui des naines blanches qui sont le stade terminal des astres comme le Soleil, des cadavres stellaires, en somme, ne présentant plus de réactions nucléaires et s’éteignant peu à peu.

Les étoiles primordiales

   Signalons enfin des étoiles bien particulières qui n’existent plus de nos jours : les étoiles primordiales. Ce sont les toutes premières étoiles ayant existé dans l’univers. Si les étoiles des générations actuelles transforment bien  l’hydrogène en hélium tout au long de leurs vies, elles sont également riches en atomes lourds (fer, or, soufre, oxygène, etc.). Or, à l’évidence, les premières étoiles ne pouvaient pas posséder ces atomes puisque l’univers n’était composé que d’hydrogène et d’hélium. Ces étoiles du tout début étaient très certainement supermassives (certaines devaient atteindre 100 fois la taille du Soleil). Elles ont fabriqué les atomes lourds absents au début de l’univers et c’est en explosant dans des conditions cataclysmiques qu’elles ont pu ensemencer avec ces corps lourds les générations stellaires suivantes. Sans ce processus, la Vie n’aurait tout simplement pas été possible. On trouvera plus de détails sur cet intéressant groupe d’étoiles ici : « les étoiles primordiales ».

La nébuleuse d’Orion, une pouponnière d’étoiles

   Par une nuit sans Lune et sans lumière parasite, il est assez facile de distinguer, même avec de simples jumelles (voire à

l’œil nu), la nébuleuse d’Orion M42. Elle est ainsi appelée parce qu’elle se trouve au centre bas de la constellation d’Orion, une superbe constellation de l’hémisphère nord qui abrite deux étoiles fort célèbres : Bételgeuse et Rigel. La dite constellation représente une sorte de quadrilatère resserré en son centre où se trouvent trois étoiles : la ceinture d’Orion. Toutefois, il faut rappeler que ces objets (et les étoiles formant la constellation) n’ont rien en commun : leur « proximité » supposée n’est qu’une illusion d’optique quand on les observe depuis la Terre ; il ne s’agit donc que de repères pratiques sans réalité physique. La nébuleuse elle-même est située à 1350 années-lumière de nous. C’est un grand nuage de gaz s’étendant sur 33 années-lumière de large, connu et répertorié sous les sigles M42 (catalogue de Messier) ou NGC1976 (New General Catalog). Cette zone est une  véritable maternité d’étoiles, avec tellement d’astres présents qu’on la croirait illuminée de l’intérieur comme on peut le voir sur la photo ci-après :

   Sur cette photo, on peut distinguer l’association de la nébuleuse d’Orion M42 en rouge (couleur de l’hydrogène) et d’une nébuleuse bleue, située sur la gauche de M42, nommée  NGC1977, mais également appelée la nébuleuse de l’homme qui court.

   Le gros point bleu brillant se trouvant à droite, en bas de la tache rouge formée par M42 est la nébuleuse NGC1980. Cette dernière est en fait associée à un amas ouvert, c’est-à-dire un ensemble d’étoiles très jeunes et nées ensemble, encore liées entre elles par la gravitation : les étoiles de NGC1980 ont toutes moins de cinq millions d’années d’âge.

   À gauche de la nébuleuse bleue NGC1977, on aperçoit des étoiles bleues qui appartiennent à une autre nébuleuse NGC1981, également un amas ouvert mais plus ancien regroupant une cinquantaine d’étoiles approximativement âgées de 150 millions d’années.

   Concernant la nébuleuse d’Orion et sa voisine NGC1977, grâce à la technologie infrarouge qui explore les zones froides, on arrive à présent à objectiver les étoiles très jeunes cachées dans les épais nuages de gaz et de poussière. Ici, le gaz brillant de la constellation d’Orion baigne les nouvelles étoiles jeunes et chaudes situées à la frontière du nuage moléculaire géant. En plein centre de la nébuleuse se trouvent quatre étoiles bleues qui forment une espèce de trapèze : leur lumière est absorbée par les atomes de gaz qui la réémettent (d’où le terme de nébuleuse par émission) selon leur structure propre et donc dans des couleurs différentes, à savoir rouge pour l’hydrogène et l’azote, vert pour l’oxygène. Ce sont ces réémissions à grande distance qui trahissent la présence des nouvelles étoiles, autrement cachées en lumière visible.

   La nébuleuse d’Orion et sa voisine que nous voyons ici ne représentent qu’une toute petite partie d’un ensemble bien plus gros appelé le nuage (ou complexe) d’Orion. Celui-ci s’étend sur plus de 1500 années-lumière et sur une largeur de plusieurs centaines d’années-lumière  mais seule la nébuleuse d’Orion et ses environs immédiats sont accessibles facilement à l’observation sans instruments perfectionnés.

Les objets de Herbig-Haro

   Parfois, avec un peu de chance, les scientifiques peuvent repérer les étoiles naissantes grâce à un événement qui leur est propre : la présence d’un jet cosmique appelé « objet de Herbig-Haro » (objet HH) selon les noms de leurs découvreurs.

   Sur l’image ci-dessus et grâce au télescope spatial Hubble, nous nous trouvons à présent au cœur de la nébuleuse d’Orion et plus précisément dans la pouponnière stellaire d’Orion B. Masquée à la vue, la proto étoile centrale HH24, est environnée de poussière et de gaz froid sous la forme d'un disque d'accrétion en rotation. Lorsque le matériau du disque tombe vers le jeune objet stellaire, il s'échauffe. Des jets opposés se forment le long de l'axe de rotation du système. Perçant au travers du matériau interstellaire de la région, ces jets produisent une cascade d'ondes de chocs le long de leur parcours. L’image risque d’évoquer chez certains la forme d’un sabre-laser à lames antagonistes, cher à l’univers Star Wars de George Lucas, mais il s’agit bel et bien d’un phénomène trahissant la présence d’une toute jeune étoile en formation.

   Ces objets de Herbig-Haro sont souvent associés à un groupe particulier d’étoiles jeunes, les étoiles variables de type T Tauri (appelées ainsi d’après l’étoile princeps T Tauri).  Toujours situées auprès des nuages moléculaires, ces étoiles sont caractérisées par des variations brutales et imprévisibles de leur magnitude apparente, c’est-à-dire de leur luminosité : ces étoiles sont parmi les plus jeunes qu’il soit possible d’observer puisqu’elles sont âgées de moins de 10 millions d’années. En réalité, on peut avancer que les T Tauri sont dans un stade évolutif intermédiaire entre une proto-étoile et une étoile de faible masse appartenant à la séquence principale du diagramme HR. Il faudra attendre environ une centaine de millions d’années pour que ces toutes jeunes étoiles arrivent sur cette séquence principale. Preuve de leur jeunesse, elles sont encore très souvent entourées d’un disque d’accrétion et sont par ailleurs riches en lithium, un élément qui sera progressivement détruit au fur et à mesure de l’élévation de leur température centrale.

Jeunesse et vieillissement de l’univers

   Nous l’avons ici souvent répété : regarder dans le ciel, c’est regarder dans la passé. Regarder la lumière du Soleil, c’est déjà contempler ses rayons avec huit minutes de retard, un laps de temps évidemment négligeable à l’échelle du cosmos. Regarder d’autres galaxies, les observer dans le ciel lointain comme le fait le télescope spatial Hubble, c’est totalement autre chose. Chercher à percer les mystères d’une formation galactique située à plus de 10 milliards d’années-lumière, c’est interpréter une lumière qui a mis 10 milliards d’années à nous parvenir, ce qui veut dire qu’elle fut émise alors que le Soleil n’existait pas encore. Il est même possible que la galaxie dont nous cherchons alors à percer les caractéristiques n’existe plus. Ou en tout cas pas sous cette forme.

   Les scientifiques qui observent les galaxies lointaines savent bien qu’elles n’existent plus sous la forme de l’image qui leur parvient mais ils sont intéressés par autre chose : cette image si ancienne est le témoin d’un stade antérieur qui est probablement aussi celui par lequel passa notre propre galaxie, la Voie lactée. Or, qu’a-t-on observé lors que nos instruments nous l’ont permis ? Que jadis, dans ces galaxies lointaines, la création d’étoiles était bien plus importante que de nos jours dans la nôtre.

   En effet, dans notre galaxie, le nombre de naissances annuel d’étoiles est estimé à sept (oui, 7) ce qui est finalement assez peu pour une structure qui comprend environ 200 milliards d’étoiles (mais cela représente plus d’un million d’étoiles depuis l’apparition - récente - d’homo sapiens sur Terre). Ce chiffre reste compatible avec ce qu’on sait des galaxies spirales comme la nôtre.

   Lorsqu’on observe le ciel profond, on remarque que les galaxies de ce passé lointain créaient annuellement des étoiles par milliers ; il y avait même certaines galaxies appelées galaxies-monstres tant elle étaient productives. Est-ce à dire que, le temps passant, la matière première (gaz, nuage moléculaire) est devenue plus rare ?

   Un autre moyen pour notre galaxie de créer de nouvelles

étoiles serait d’absorber ses galaxies satellites et cela semble en cours car les forces gravitationnelles gigantesques en jeu finiront par la cannibalisation des nuages de Magellan, les deux galaxies satellites proches de la Voie lactée. Répétons une fois de plus que, l’espace étant tellement étendue et vide, cette absorption se fera sans que jamais une étoile n’en percute une autre. En revanche, les forces en présence dans les nuages de gaz provoqueront le regain de naissances que nous évoquions à l’instant…

   Et puis, dans environ trois milliards d’années, ce sera le choc fantastique entre notre galaxie et sa voisine M 31 Andromède qui, elle, abrite environ 1000 milliards d’étoiles. Toujours pas de chocs frontaux mais de gigantesques maternités stellaires. C’est prévu pour dans bien longtemps mais cela arrivera. Inéluctablement.

Sources :

1. www.herschel.fr

2. Wikipedia.org

3. www.astronomes.com

4. planete.gaia.free.fr

5. www.futura-sciences.com/sciences

6. www.astronoo.com/fr

7. www.linternaute.com/science

Images

1. nébuleuse de la Carène (source : wallpapercave.com)

2. ciel étoilé (source : suri.morkitu.org)

3. fonds diffus cosmologique (source : dailygeekshow.com)

4. formation stellaire (source : www.nrao.edu)

5. diagramme de Hertzsprung-Russell (source : lemomo2.pagesperso-orange.fr)

6. constellation d’Orion (source : Tony Hallas in www.astronoo.com)

7. nébuleuse d’Orion (source : www.stelvision.com)

8. objet de Herbig-Haro (source : NASA, ESA, Hubble Heritage (STScI/AURA) /Hubble-Europe)

9. Voie lactée et nuages de Magellan (source : www.cypouz.com)

Mots-clés : univers stationnaire - relativité générale - George Lemaître - Edwin Hubble - Fred Hoyle - principe cosmologique - diagramme de Hertzsprung-Russel - objets de Herbig-Haro - étoiles T Tauri

les mots en gris renvoient à une documentation complémentaire

Sujets apparentés sur le blog

1. les étoiles primordiales

2. l'expansion de l'univers

3. la Voie lactée

4. les frontières de l'univers

5. théorie de la relativité générale

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mise à jour : 23 mars 2023

Le 24 avril 1990, un événement considérable bouleversa le monde jusque là fermé de l’astronomie : le lancement du télescope Hubble. On fête ces jours-ci les vingt ans de cet anniversaire, célébrant ainsi une date à partir de laquelle l’étude du ciel n’aura plus été la même tant le télescope spatial nous aura apporté de connaissances nouvelles et de photos extraordinaires. Avec lui, au-delà même des acquis scientifiques, l’astronomie est entrée de plein pied dans le domaine du grand public… Ce nom, Hubble, à présent connu de tous, lui a été donné en mémoire d’un des plus grands astronomes que le monde ait connu, un de ceux dont on peut réellement dire qu’il a fait avancer la pensée scientifique. Mais qui était donc Edwin Hubble ?

  les premières années

Edwin Powell Hubble vit le jour le 20 novembre 1889, troisième d’une lignée de sept, dans une petite ville de quelques milliers d’habitants, Marshfield dans le Missouri. Son père, un homme rigide et assez conservateur, était agent d’assurances tandis que, à la maison, sa mère s’occupait d’élever ses nombreux enfants. La famille étant plutôt aisée, la première partie de l’enfance d’Edwin se déroula paisiblement. En 1898, toutefois, un événement important perturba sa vie : son père fut nommé à Chicago et toute la famille émigra pour la grande ville, ou plutôt sa banlieue.

Au fur et à mesure que le temps passait, le jeune Edwin apprit à se distinguer. Selon les quelques témoignages de l’époque que nous avons de lui, c’était un grand et beau jeune homme dont la scolarité, sans être exceptionnelle, était très satisfaisante mais qui excellait surtout en sport, notamment au basket et à la gymnastique (le saut en hauteur était sa discipline de prédilection). Il avait également passé une grande partie de son adolescence à dévorer des livres d’aventures, notamment ceux de Jules Verne (20 000 lieues sous les mers, de la Terre à la Lune, etc.) ce qui l’avait conduit à se passionner pour l’astronomie. A l’université de Chicago, il entreprit donc un parcours en mathématique et en astronomie mais continuait toujours à exceller en sport. Toutefois, voulant se consacrer au football américain, il reçut une fin de non recevoir de son père qui trouvait ce sport trop violent et il se dirigea… vers la boxe où il acquit une certaine réputation (la légende affirme même qu’il affronta Marcel Cerdan).

En 1910, à 21 ans, il obtient une bourse afin de poursuivre ses études à Oxford et s’embarque pour l’Angleterre qui deviendra sa deuxième patrie. Il est en effet subjugué par les traditions et la façon de vivre des habitants du vieux pays et cherche à se transformer en « parfait gentleman », allant jusqu’à simuler un soupçon d’accent anglais. Durant les quelques années qu’il passera sur le vieux continent, il apprend le droit et continue d’exceller en sport. C’est à cette époque qu’il commence à fumer la pipe, un accessoire qui deviendra indissociable de son image au point qu’il l’arborera toute sa vie bien qu’étant devenu non-fumeur. Son père étant mort en 1913, il revient en Amérique pour rejoindre sa famille à présent installée à Louisville (Kentucky) et, tout en cherchant à exercer le droit, se trouve un travail de professeur d’espagnol et de physique. Tout aurait pu en rester là pour lui mais, bientôt, son existence change à nouveau car, convié à une réunion de la Société Américaine d’Astronomie, il y retrouve ses premières amours.

A l’époque, un des grands débats de la discipline concernait la nature des nébuleuses, ces sortes de taches plus ou moins pâles dont certaines arboraient des bras spiraux. Selon les théories en vigueur, elles ne pouvaient être que intragalactiques puisqu’on pensait qu’il n’existait qu’une seule et unique galaxie, la Voie lactée, qui renfermait toute la matière visible. Pourtant, des études discordantes avaient déjà été menées qui concluaient au rapprochement de la galaxie d’Andromède (décalage vers le bleu de son spectre) tandis que la plupart des autres avaient un spectre décalé vers le rouge (et donc s’éloignant de nous).

l'appel de l’astronomie

Hubble passe son doctorat d’astronomie à l’université de Chicago en 1917. A cette époque, bien sûr, la guerre fait rage en Europe et il est mobilisé… mais trop tard pour participer effectivement aux combats. Il en profite pour faire une sorte de tour d’Europe durant deux ans, entrant en contact avec la majorité des astronomes de différents pays auxquels il fit d’ailleurs assez bonne impression. Ce n’est qu’en 1919 qu’il rentre aux USA et obtient d’emblée de se faire affecter à l’observatoire du Mont Wilson qui possédait le plus grand télescope du moment.

une découverte immense et ses conséquences

      les premières années au mont Wilson

Lorsque Edwin Hubble intègre son nouveau poste, un homme règne en maître sur l’observatoire du Mont Wilson : Harlow Shapley (1885-1972), une autorité indiscutable en astronomie. C’est surtout un des principaux théoriciens de la grande galaxie, c'est-à-dire de l’idée selon laquelle il n’existe qu’une seule galaxie – dans laquelle nous nous trouvons – et en dehors de laquelle il n’existe rien. Comme nous l’avons déjà vu dans un sujet précédent (voir le sujet : les galaxies), depuis Emmanuel Kant, certains prétendaient qu’il pouvait exister des univers-îles situés au-delà de la Voie lactée, très loin dans le cosmos, comme des répliques de notre propre galaxie. Malheureusement pour eux, ils n’ont aucun moyen de prouver leurs affirmations et on en reste à la théorie de Shapley. Hubble, lui, ne semble pas avoir de position tranchée sur la question.

En 1921, Shapley quitte le mont Wilson en laissant le champ libre à Hubble.  Ce dernier poursuit un long travail sur la classification, d’après leurs formes, des « nébuleuses » mais il s’intéresse aussi à celle dont on ne sait pas encore qu’elle est notre plus proche voisine : la grande galaxie d’Andromède M31. C’est un objet particulièrement intéressant car on peut y trouver de nombreuses novae (dont on ne connait pas encore la nature exacte) or Hubble pense qu’il pourra peut-être en calculer la distance. C’est en effectuant ce travail de fourmi qu’il repère un petit point brillant qu’il finit par identifier : une céphéide.

      céphéides et détermination des distances extragalactiques

Les céphéides sont des étoiles variables dont les différences de luminosité sont régulières et prévisibles (voir le sujet céphéides). Leurs caractéristiques ont été découvertes par la remarquable astronome que fut Henrietta Leavitt (1868-1921), trop longtemps et injustement oubliée (elle aurait certainement mérité un prix Nobel qu’elle n’aura jamais). Observant ce type d’étoiles variables dans le petit nuage de Magellan (galaxie naine satellite de la Voie lactée), Leavitt avait en effet remarqué que leur brillance est en rapport avec la durée de leur période de variation et, établissant une relation entre ces deux caractéristiques, elle arriva à en déduire leur éloignement. A l’époque de Hubble, la confirmation expérimentale de cette relation remonte déjà à plusieurs années (1916) et elle est due à… Harlow Shapley !  Edwin Hubble n’a plus qu’à faire ses calculs qui sont indiscutables : Andromède est située d’après lui à 900 000 années-lumière, c'est-à-dire bien trop loin pour faire partie de notre galaxie (on sait aujourd’hui qu’elle est en réalité à environ 2,5 millions d’années-lumière de nous). Dans la foulée, il observe les céphéides d’autres nébuleuses (M33, NGC 6822, etc.) et démontre leur position extragalactique. Il présente ses conclusions au congrès de la Société Américaine d’Astronomie en 1925. Face à ce qu’il faut bien appeler des preuves sans appel, Shapley reconnait son erreur et propose de débaptiser ces « nébuleuses » en « galaxies » un terme que, curieusement, Hubble n’utilisera jamais.

      l’univers en expansion

A ce moment de la vie de Hubble, il existe plusieurs certitudes :

1.    Les tâches floues appelées jusqu’alors nébuleuses sont en fait des galaxies comme la nôtre et certaines sont situées très loin dans l’espace ;

2.   Quelques unes de ces galaxies, à l’instar d’Andromède, se rapprochent de la Voie lactée (décalage spectral vers le bleu) mais la plupart s’en éloignent (décalage - Redshift en anglais - vers le rouge) ;

3.   Einstein a publié en 1917 sa théorie de la relativité générale (voir le sujet : théorie de la relativité générale) dans laquelle, pour contrebalancer les forces gravitationnelles d’attraction existant entre les objets cosmiques, il a introduit une force répulsive afin que son « univers » reste stationnaire. Toutefois, de nombreux scientifiques n’ont pas été convaincus par cet « artifice » de calcul et, reprenant les équations einsteiniennes, en sont arrivés à la conclusion que l’Univers ne peut être qu’en expansion (entre autres, Willem de Sitter, Alexander Friedmann et l’abbé mathématicien belge, Georges Lemaître, père de la théorie du Big bang).

Edwin Hubble travaille d’arrache-pied sur la question et, en 1929, il présente un article qui fera date : « Sur la relation entre la distance et la vitesse radiale de nébuleuses extragalactiques », article dans lequel il introduit une équation reliant vitesse et éloignement des galaxies où une constante H (dite constante de Hubble) lie les deux parties. Il estime cette constante à environ 500 km/sec et par mégaparsec (unité pratique en astronomie, le parsec vaut 3,2616 années-lumière et le mégaparsec un million de fois plus); on sait aujourd’hui que cette valeur est d’à  peu près 70 km/s/Mpc mais peu importe : Hubble a été le premier à démontrer l’expansion de l’Univers, une découverte majeure pour l’astronomie et la cosmologie scientifique puisque, au-delà de l’expansion elle-même, c’est elle qui a permis de définir l’âge de l’Univers.

 les années de gloire

Bien que continuant à travailler avec acharnement sur la classification des galaxies (une classification toujours en vigueur aujourd’hui), Hubble, souvent en compagnie de son ami Einstein, gloire de l’époque s’il en fut, fuit le monde des scientifiques. Il préfère les Arts et Spectacles, lie nombre d’amitiés dans le monde du cinéma d’Hollywood, rencontre Aldous Huxley qui deviendra son grand ami, fréquente les milieux dirigeants de la presse (Randolph Hearst), de la musique… En somme, il devient ce que l’on nomme aujourd’hui de l’atroce mot de « people ». Le corollaire de cet engagement est qu’il ne fréquente plus guère les conférences et colloques scientifiques, a plutôt tendance à snober les autres astronomes (que le lui rendront bien) et ne cherche pas du tout les promotions administratives.

Il ne faudrait pas croire pour autant qu’il a abandonné ses observations qu’il continue avec acharnement mais le télescope du mont Wilson devient pour lui un peu étroit et, comme toute une génération d’astronomes, il attend avec impatience la mise en service du télescope géant (pour l’époque) du mont Palomar.

  les années du crépuscule

La deuxième guerre mondiale venant de s’achever, il postule pour devenir le directeur de l’observatoire du mont Wilson mais on le lui refuse au motif qu’il est plus préoccupé par son activité auprès des gloires d’Hollywood que par l’astronomie. C’est totalement injuste car il a toujours continué de pratiquer avec brio la discipline mais on lui fait probablement payer là une supposée indifférence – voire une certaine arrogance disent d'autres – vis-à-vis du petit monde des scientifiques.

Le télescope du mont Palomar est mis en service en 1948 et, tout naturellement, compte tenu de sa contribution passée à l’avancée de la discipline, il demande une part importante du temps d’observation : le comité d’attribution refuse son programme jugé passéiste…

Edwin Powell Hubble meurt d’un infarctus du myocarde le 28 septembre 1953 à l’âge de 64 ans. Sa veuve refusa d’organiser un service funèbre et nul ne sait ce qu’il advint de sa dépouille.

  au Panthéon des scientifiques

Lorsqu’on se penche sur l’histoire des Sciences, on se rend compte que, la plupart du temps, les avancées sont lentes, parfois même laborieuses. Ce sont le plus souvent les efforts d’équipes multidisciplinaires qui permettent des découvertes véritables. Parce que la Science est toujours une remise en cause permanente des acquis au fur et à mesure du progrès des techniques et des idées mais également parce que la nouveauté repose sur le monde immense des pensées précédentes.

Toutefois, il existe de temps à autre de grands noms qui ne doivent (presque) rien à personne, de grands noms dont les contributions majeures arrivent à changer le cours des choses. Darwin fut certainement un des plus grands noms de la biologie parce qu’il inaugura une manière nouvelle d’appréhender la Vie, à contre-courant des préjugés de son époque. Einstein repensa littéralement la physique au point que, après lui, elle ne fut plus jamais la même. Rutherford contribua fortement à comprendre les mécanismes restés longtemps ignorés de la radioactivité, etc. Edwin Hubble fut, dans le domaine de l’astronomie un de ces hommes là et ce n’est que justice que l’on ait donné son nom au télescope spatial qui restera pour longtemps un des outils les plus remarquables que les hommes aient jamais construit.

Sources :

Ciel et Espace, HS n°14, avril 2010 (www.cieletespace.fr ) ;

https://edwinhubble.com ;

https://space.about.com ;

Images

1. Edwin Hubble (sources : www.pnas.org)

2. l'université d'Oxford (sources : www.pays-monde.fr)

3. l'observatoire du Mont Wilson (sources : www.astronomique.com)

4. la galaxie du Triangle M33 (sources : astro2009.futura-sciences.com)

5. redshift et constante de Hubble (sources : www.astropolis.fr)

6. télescope du Mont Palomar (sources : astro2009.futura-sciences.com) 

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

Mots-clés : télescope spatial Hubble -  observatoire du Mont Wilson - Harlow Shapley - céphéides - Henrietta Leavitt - constante de Hubble - observatoire du Mont Palomar

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

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 Mise à jour : 7 mars 2023

     Les grands télescopes d’observation de l’Univers existent depuis assez longtemps puisqu’ils ont commencé à apporter leurs lots de découvertes dès 1904 avec celui du Mont Wilson, aux USA : ce premier grand télescope permit notamment à l’astronome Edwin Hubble, dans les années 1920, de mettre en évidence le fait que des galaxies comme la Voie lactée existent en grand nombre et que l’Univers est en expansion. Vint ensuite, en 1949, celui du Mont Palomar, toujours aux USA, encore plus grand et encore plus précis (pour ce dernier, j’ai conservé en mémoire la photo du camion transportant, à travers le désert et vers le site prévu, le miroir principal, camion suivi par l’impressionnante file de voitures des scientifiques veillant jalousement sur leur futur joujou). Ces événements en définitive pas si lointains furent, certes, des avancées spectaculaires dans l’observation de nos cieux mais tous ces merveilleux outils avaient un défaut rédhibitoire : situés au sol, ils ne pouvaient s’affranchir des turbulences de l’air qui brouillent les images… On avait donc depuis longtemps envisagé de déplacer les observatoires au delà de l’atmosphère terrestre mais faire décoller une fusée, mettre en orbite et exploiter même un « petit » télescope resta longtemps du domaine du phantasme jusqu’à ce qu’en 1990…

L’idée

     Pouvoir observer l’Univers en s’affranchissant des contraintes terrestres remonte aux années 1920 (une idée avancée des 1923 par le physicien allemand Hermann Oberth) mais c’est en 1946 que l’astronome américain Lyman Spitzer en évoque fermement le concept. Ce scientifique met en avant deux arguments fondamentaux : d’abord, comme cela a déjà été signalé, la présence dans l’espace d’un télescope permettrait de s’affranchir des turbulences atmosphériques et d’obtenir en conséquence une précision d’observation bien supérieure et, d’autre part, cela permettrait également d’étudier dans les domaines de l’infrarouge et de l’ultraviolet ce qui est impossible au sol à cause de l’atmosphère qui intercepte la plus grande partie de ces rayonnements.  Manquaient à l’évidence les compétences techniques qui permettaient un financement acceptable… On se contenta donc de quelques caméras embarquées dans les premières fusées du début de l’ère spatiale.

     En 1970, la NASA crée un comité chargé de l’étude de faisabilité d’un projet de télescope spatial mais les fonds tardent à venir ou, s’ils existent, ils sont rapidement amputés. Au début des années 1980, le projet se dessine enfin : pour en limiter le coût, la taille du miroir du télescope est revue à la baisse (mais reste acceptable) et, surtout, l’agence spatiale européenne, l’ESA, est invitée à se joindre à l’opération en échange d’une participation de 15% dans le financement global. C’est la grande époque des navettes spatiales américaines et le projet de télescope s’appuie sur elles afin que, une fois mis en orbite, l’entretien et d’éventuelles réparations puissent être régulièrement pratiqués : tous les instruments embarqués dans le laboratoire spatial sont donc pensés pour être remplacés manuellement par des astronautes.

La mise en service

     Le télescope est lancé le 24 avril 1990 par l’intermédiaire de la navette spatiale Discovery.  C’est un véritable petit observatoire astronomique de 11 tonnes puisque, outre le miroir principal de 2,4 m, il est couplé à plusieurs spectromètres et trois caméras (la première à champ étroit destinée à observer les objets peu lumineux, la seconde pour les observations à champ large et enfin la troisième pour l’infrarouge). Puisque pour des raisons politico-écologiques il a été décidé de ne pas utiliser de source d’énergie d’origine nucléaire, la production d’électricité destinée à faire fonctionner le module est assurée par deux ensembles de panneaux solaires moins polémiques mais probablement plus difficiles à manipuler.

     Le lancement est une réussite mais la joie des scientifiques est de courte durée : on se rend compte immédiatement que les premières images obtenues sont de qualité médiocre et que, même après traitement des dites-images, celles-ci restent floues. Il faut se rendre à l’évidence : une infime erreur de calcul dans la taille du miroir a rendu l’instrument « myope » ! Il faudra attendre une mission de sauvetage en 1993 avec à nouveau Discovery pour enfin corriger ce défaut « de jeunesse » (et au passage changer quelques autres instruments). Le télescope est alors pleinement opérationnel et il va bientôt changer notre perception de l’Univers.

Une moisson de découvertes

     Depuis la première mission de réparation par Discovery en 1993, Hubble verra les navettes revenir quatre fois pour assurer sa bonne marche. Chaque fois, les instruments défaillants sont remplacés et ceux devenus obsolètes changés. Toutefois, la dernière « mission » d’une navette (Atlantis) remonte maintenant à 2009 et c’était la dernière possible puisque le système de ces vaisseaux spatiaux réutilisables a été depuis abandonné par la NASA. En réalité, Hubble continuera à fonctionner de nombreuses années, même après le lancement réussi du télescope spatial James Webb, fin 2022, dont la vision dans l'infrarouge permet l'obtention d'images extraordinaires… qui viennent compléter et approfondir celles de son illustre prédécesseur toujours actif !

     La NASA avait assigné trois tâches à Hubble, tâches qui furent parfaitement accomplies :

* étudier le proche milieu intergalactique afin d’en décrire la composition ainsi que celle des galaxies ;

*  étudier les champs profonds afin d’observer les premiers instants de l’Univers et

* déterminer la constante de Hubble qui est, rappelons-le, la constante de proportionnalité entre distance et vitesse de récession apparente des galaxies ou, pour le dire plus simplement, la constante qui permet de déterminer le taux d’expansion de l’Univers.

    Mais ce ne fut pas tout : Hubble nous a ébloui par la qualité et la beauté des photographies qu’il a prises et, surtout, par des découvertes essentielles. Revenons brièvement sur quelques unes d’entre elles :

* En juillet 1994, Hubble était en parfait état de marche lorsque la comète Shoemaker-Levy s’écrasa sur Jupiter. Il participa donc à cette première observation directe de la collision hors de notre planète d’objets du système solaire, événement confirmant au passage le rôle « protecteur » de la géante gazeuse puisque la forte influence gravitationnelle de celle-ci « détourne » un grand nombre de petites comètes et astéroïdes qui, autrement, iraient s’écraser sur d’autres cibles potentielles dont la Terre… avec les conséquences que l’on imagine.

* C’est Hubble qui, parmi les premiers, apporta la confirmation qu’il existe bien des exoplanètes, c'est-à-dire des planètes tournant autour d’autres systèmes solaires que le nôtre, une notion évoquée depuis des siècles mais jamais encore prouvée (première détection du transit secondaire sur l’étoile HD 209458, voir le sujet dédié : planètes extrasolaires).

* Hubble fut un élément déterminant dans la consécration du modèle actuel de l’accélération de l’Univers puisque ses observations ont permis de l’affiner.

* Contrairement aux télescopes terrestres (mais cela change rapidement), Hubble est capable d’observer les étoiles des autres galaxies, donc dans des milieux différents de la Voie lactée, ce qui a permis de compléter notre connaissance du cycle stellaire.

* C’est encore le télescope spatial qui, grâce à des observations répétées, a confirmé le fait que la plupart des galaxies (dont la nôtre) recèlent un trou noir géant en leur centre. Rappelons pour la petite histoire qu’il y a à peine quelques années, une majorité de scientifiques doutaient de ce que les trous noirs – notion théorique s’il en est – puissent réellement exister…

*  Depuis l’astronome suisse Fritz Zwicky, on sait que la quantité visible de matière ne peut à elle seule expliquer le ballet des galaxies dans le ciel : le calcul de l’action des forces gravitationnelles qui régissent leurs mouvements sous-entend obligatoirement la présence d’une « matière invisible » appelée, faute de mieux, matière noire ou matière sombre. Inutile de dire que, durant des années, cette idée insolite divisa profondément la communauté scientifique. Hubble apporta la preuve que cette matière noire ne pouvait pas être due à la seule existence des naines brunes (étoiles avortées car de trop petites tailles) ou noires (évolution possible, mais non prouvée, des naines blanches) : d’après les observations du télescope spatial, leur nombre est en effet trop faible pour expliquer les grandes divergences des chiffres.

* L’étude de ce que l’on appelle aujourd’hui « le champ profond de Hubble » est également une contribution remarquable du télescope. Il s’agit de la photographie d’une région couvrant un trente millionièmes du ciel, région minuscule certes mais contenant déjà plusieurs milliers de galaxies. Cette photographie confirma ce que l’on soupçonnait auparavant, à savoir que, quelle que soit la direction dans laquelle on regarde, on trouve des galaxies semblables à la nôtre à n’en plus finir mais pas seulement… Puisque regarder si loin, c’est regarder dans un passé très ancien, reflétant les premiers instants de l’Univers, Hubble a ainsi repoussé les limites de l’observation et, surtout, prouvé que des galaxies importantes étaient présentes bien plus tôt qu’on ne le pensait. Ajoutons à cela que cette étude fut également effectuée dans le ciel austral avec les mêmes résultats, démontrant de façon irréfutable l’homogénéité de l’Univers à grande échelle : il ne s’agit pas là d’une observation banale mais de la confirmation du bien fondé de la théorie du Big bang et de son inflation initiale (voir le sujet : Big bang et origine de l'Univers).

     On voit donc que l’apport de ce télescope malgré la taille modeste de son optique (comparée à celle des télescopes au sol) fut et est encore fondamental. Mais ce qui est peut-être le plus remarquable et le plus émouvant dans la moisson de ce petit engin, c’est la qualité et la beauté des photographies de l’Univers qu’il nous a données : galaxies, amas globulaires, nébuleuses, rémanents de novas, couples binaires, cocons stellaires, etc. On ne peut que s’extasier devant l’extraordinaire album illustré par le télescope Hubble : pour s’en convaincre, il suffit de faire un saut sur le site officiel du télescope à l’adresse suivante : http://hubblesite.org/ et choisir de visualiser une des centaines d’images extraordinaires de la collection. L’astronome du siècle dernier Camille Flammarion (et bien d’autres) aurait certainement donné des années de sa vie pour voir ça !

Les temps changent

     Si tout va bien pour lui (et c’est bien le cas actuellement), le télescope spatial Hubble continuera à fonctionner sans problème majeur durant encore quelques années. Le temps que son successeur, actuellement en phase d’assemblage, soit lancé dans l’espace. Toutefois, celui-ci ne sera pas comparable à Hubble pour une raison très simple : depuis le lancement de notre télescope spatial, il y a un peu plus de vingt ans, les temps ont changé. En effet, les grands télescopes « terriens » sont devenus tout à fait compétitifs car l’avancée des techniques a pu combler leur principal défaut : malgré l’atmosphère, ils peuvent à présent voir aussi bien que Hubble ! C’est que, entretemps, l’informatique est passée par là : les nouveaux engins sont maintenant aidés par un ordinateur qui calcule les imprécisions engendrées par les turbulences de l’air et les corrige en temps réel. On parle alors « d’optique adaptative » qui consiste à braquer un faisceau laser dans la haute atmosphère, vers 90 km de hauteur, sur la mince pellicule d’atomes de sodium laissée par les météorites lors de leur entrée dans l’atmosphère. Du coup, ce sodium se met à briller et crée une image artificielle qui permet au système de calculer l’instabilité de l’air et d’adapter l’optique de l’instrument plus de mille fois par seconde… De ce fait, par exemple, bien que situé au sommet du Cerro Paranal (à 2600 m d’altitude), au Chili, le télescope VLT de l’agence européenne (4 miroirs de 8,20 m reliés) est deux fois plus précis que Hubble !

     Cette amélioration considérable des données fournies par les observatoires au sol explique pourquoi le successeur de Hubble ne sera pas « un Hubble amélioré ». Si l’on veut observer l’Univers en lumière visible, il est évident que, même dotés d’optiques adaptatives très performantes et donc onéreuses, les observatoires terriens reviennent nettement moins chers à construire et surtout à entretenir qu’un télescope spatial : on préférera consacrer l’argent ainsi économisé à construire des miroirs (ou des ensembles de miroirs) plus grands et entourés d’équipements encore plus performants.

     Reste que le successeur de Hubble qui porte le nom d’un autre homme célèbre,

James Webb (un des principaux responsables du projet Apollo) étudie le cosmos dans une gamme d’optique qui échappe aux observatoires terrestres, l’infrarouge. Doté d’un miroir de 6,5 m (contre 2,4 pour Hubble), il peut collecter une image 9 fois plus rapidement que son prédécesseur. Il a été lancé avec succès le 25 décembre 2021 par un lanceur Ariane 5 sous le triple parrainage de la NASA, de l’Agence Spatiale Européenne et du CSA (Agence spatiale canadienne). De par sa position et contrairement à Hubble, il n’est prévu pour lui aucune mission d’entretien.

Ses premiers clichés, spectaculaires, ont ravi les scientifiques : ils sont résumés dans un article dédié ICI.

Il y a un avant et un après Hubble

     Le télescope spatial Hubble aura marqué un tournant en astronomie en permettant pour la première fois à l’humanité de s’affranchir des contraintes terrestres pour observer son environnement proche et lointain. Comme on l’a vu, Hubble a permis de réaliser d’énormes progrès dans la compréhension de notre univers. Un an après le lancement du télescope spatial James Webb, il était prévu de « mettre Hubble à la retraite » après 25 ans de bons et loyaux services. En réalité, puisqu’il n’est plus question pour des raisons techniques de prévoir des missions d’entretien, on voit mal les scientifiques se passer d’un outil pour peu qu’il fonctionne encore. On pouvait donc penser que Hubble continuerait tranquillement son observation du ciel. Et c'est bien ce qui se passe : le télescope spatial James Webb ayant été parfaitement positionné a commencé à nous envoyer des clichés époustouflants qui font le bonheur des scientifiques. C'est un deuxième tournant de l'astronomie observationnelle, certes, mais Hubble est toujours là qui nous gratifie de clichés tout à fait remarquables. En fait, les deux engins se complètent parfaitement…

Sources

 1. fr.wikipedia.org

2. www.techno-science.net/

3. Encyclopaedia Britannica

4. hubblesite.org/

5. pgj.pagesperso-orange.fr/Hubble.htm

Images :

1. le télescope spatial Hubble (sources : solarsystem.nasa.gov/)

2. Lyman Spitzer (sources : spaceflightnow.com/)

3. la navette Discovery installant Hubble sur son orbite géostationnaire (sources : cdn.zmescience.com/)

4. la comète Shoemaker-Levy s'écrasant sur Jupiter (sources : hubblesite.org/)

5. étoiles de la galaxie d'Andromède individualisées par Hubble (sources : hubblesite.org/)

6. Hubble deep field (sources : hubblesite.org/)

7. le télescope VLT de l'ESA (sources : atacamaphoto.com/)

8. le télescope James webb (sources : spacetelescope.org/)

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

Mots-clés :  Edwyn Hubble - télescope du Mont Palomar - Hermann Oberth - Lyman Spitzer - Agence Spatiale Européenne ESA - navette Discovery - télescope spatial James Webb - comète Shoemaker-Levy - exoplanètes - Fred Zwicky - matière noire - optique adaptative

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

Sujets apparentés sur le blog :

1. matière noire et énergie sombre

2. distance et durée des âges géologiques

3. les galaxies

4. Big bang et origine de l'Univers

5. Edwin Hubble, le découvreur

6. l'expansion de l'Univers

7. juste après le Big bang

8. planètes extrasolaires

9. premières photos du télescope spatial James Webb

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dernière mise à jour : 16 avril 2023