astronomie

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

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

Le paradoxe de Fermi

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

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

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

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

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

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

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

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

Quelles solutions au paradoxe de Fermi ?

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

1. Les civilisations extraterrestres n’existent pas

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

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

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

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

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

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

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

2. La vie met longtemps à apparaître

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

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

3. Les aléas d’une civilisation technologique

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

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

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

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

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

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

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

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

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

4. la communication est tout simplement impossible

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

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

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

Le paradoxe de Fermi n’est pas résolu

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

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

Sources ::

            * Encyclopaedia Britannica

            * Wikipedia France

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

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

* futura-sciences.com

Images :

1 Enrico Fermi (sources : thefamouspeople.com)

2. la Voie lactée par Serge Brunier

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

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

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

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

Sujets apparentés sur le blog

1. vie extraterrestre (1)

2. vie extraterrstre (2)

3. sursauts gamma

4. planètes extrasolaires

Mots-clés : Enrico Fermi - Carl Sagan - ufologie/OVNI - paradoxe du ciel

rouge - civilisation technologique - projet SETI

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GALAXIE MASQUÉE (IC 342)

   Notre galaxie, la Voie lactée, fait partie d’un groupe d’une soixantaine de galaxies appelé le groupe local. Des milliards d’autres groupes galactiques parsèment le cosmos et l’un des plus proches de nous est le groupe IC 342/Maffei qui se situe en regard de la constellation de la Girafe.

   Dans ce groupe voisin du nôtre prédominent deux énormes galaxies (analogues à la galaxie d’Andromède chez nous). L’une (Maffei 2) est très difficile à observer car vue par la tranche et cachée par son plan galactique. L’autre est IC 342 (photo ci-dessus), vue de face mais également très difficile à voir car presque totalement occultée parle plan de notre propre galaxie.

   Située à environ 10 millions d’années-lumière de nous (contre 2,5 millions d'années-lumière pour Andromède), IC 342 est une galaxie barrée géante qui si elle n’était pas cachée par le nuage d’étoiles et de gaz de la Voie lactée serait probablement une des vedettes lumineuses de nos nuits. Avec nos instruments modernes plus performants, on arrive à en distinguer les nouvelles étoiles bleues, nombreuses, les étoiles rouges sur ses bras spiraux s’éloignant du bulbe central et les nombreuses et étendues plages de poussière. Les scientifiques soupçonnent qu’IC 342 a récemment vécu une flambée de naissances stellaires, peut-être engendrée par la présence proche de notre groupe local.

Crédit-photo : Arturas Medvedevas

ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

LA GALAXIE DU SCULPTEUR (NGC 253)

   Découverte par Caroline Herschel en 1783, cette galaxie porte ce nom parce qu’elle est visible en regard des limites de la constellation du Sculpteur (les Américains l’appellent également la galaxie du dollar en argent en raison de son aspect dans un petit télescope). Elle est située à 10 millions d’années-lumière de nous et mesure environ 70 000 années-lumière (comparable à la Voie lactée).

   NGC 253 est la galaxie la plus importante du groupe du Sculpteur, accessoirement le groupe galactique le plus proche du nôtre (appelé groupe local).

   La photo ci-après nous montre NGC 253 sous la forme d’une superbe galaxie spirale mais avec une particularité : des filaments de poussière paraissent s’élever du disque galactique. La présence de cette grande quantité de poussière entraîne localement un taux très élevé de formation d’étoiles, au point que NGC 253 est classé comme galaxie à sursaut de formation d’étoiles (starburst galaxy). Il s’agit le plus souvent d’une étape dans la vie d’une galaxie, un moment de sa vie où elle fabrique énormément de nouvelles étoiles à la suite d’une collision ou d’une interaction avec une galaxie voisine (mais la cause n’est pas claire pour NGC 253).

   La galaxie du sculpteur présente une autre singularité : elle est une source très importante de rayons X et gamma, à relier très certainement à la présence d’un trou noir central supermassif dont la masse a été estimée à 5 millions de masses solaires.

Crédit-photo et copyright : Dietmar Hager, Eric Benson

(ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.)

ETA CARINAE DANS TOUTE SA SPLENDEUR

   L’étoile géante Eta Carinae est une hypergéante bleue, située à environ 10 000 années-lumière de nous, en regard de la constellation de la Carène. C’est une des étoiles les plus brillantes du ciel austral puisque sa luminosité est cinq millions de fois celle du Soleil tandis que sa masse est estimée à cent masses solaires : c’est dire que voilà une étoile géante candidate à devenir très bientôt une supernova. Quand exactement ? Demain ou dans un million d’années, mais, en termes astronomiques, bientôt.

   Elle a subi une énorme explosion il y a environ 10 000 ans seulement observée ici il y a 150 ans (le temps pour sa lumière de nous arriver), sans doute un signe précurseur de sa transformation future. C’est ainsi que s’est formée autour d’elle une nébuleuse dite de l’Homoncule en raison de sa forme.

   L’image ci-dessus nous montre une région centrale chaude entourée par deux gros lobes bien distincts contenant des bandes de poussière et de gaz absorbant la lumière bleue et ultraviolette de l’étoile centrale. Sur la droite de l’étoile, on observe d’étranges stries radiales rouges dont l’origine est pour l’instant encore inexpliquée.

   Pour toute vie biologique analogue à celle de notre planète, il serait bon de ne pas se trouver trop à proximité d’Eta Carinae lorsque viendra l’explosion finale.

Nota : les grandes stries multicolores émanant du centre de l’étoile en direction des bords de l’image sont en réalité un artéfact, à savoir des aigrettes de diffraction dues au télescope lui-même.

Crédits-photo : Robert Nemiroff (MTU) & Jerry Bonnell (UMCP)

ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

NGC 1512, GALAXIE ATYPIQUE

   Située en regard de la constellation de l’Horloge, à un peu plus de 40 millions d’années-lumière de nous, NGC 1512 est une galaxie spirale barrée comme il en existe beaucoup dans le cosmos. Toutefois, elle présente une singularité peu commune : comme on peut le voir sur la photographie ci-dessus prise par le télescope spatial Hubble, elle possède deux anneaux.

   Près de son centre se distingue un premier anneau brillant en raison d’une intense formation d’étoiles : on parle alors d’anneau nucléaire. Toutefois, l’essentiel des étoiles et de la poussière interstellaire forme un second anneau bien plus éloigné du centre auquel il se rattache par une barre traversant la galaxie et par des filets de poussière.

   Il est difficile de connaître les raisons d’une telle structure : elle est peut-être due à une asymétrie originelle. Quoi qu’il en soit, l’anneau nucléaire s’enrichit continuellement de spirales de poussière provenant de l’anneau externe ce qui entraîne l'intense formation d’étoiles. Une partie de cette poussière continue son chemin vers un probable trou noir massif.

   À un peu moins de 70 000 années-lumière de NGC 1512 se trouve sa voisine NGC 1510 ; les deux galaxies sont vraisemblablement entrées en collision et les forces gravitationnelles expliquent peut-être aussi en partie le flamboiement de nouvelles étoiles.

   Une telle structure en anneaux concentriques est certainement rare mais pas exceptionnelle : on connait même certaines galaxies qui possèdent trois anneaux…

Crédit photo : NASA, ESA, Hubble Space Telescope

NÉBULEUSE DU CRABE

   La célèbre nébuleuse du Crabe (qu’on peut voir sur la photo ci-dessus prise par le télescope spatial Hubble) est historique dans la mesure où ce fut la première à avoir été associée à l’explosion d’une supernova. L’explosion de cette étoile massive fut en l’occurrence observée par les astronomes chinois de la dynastie Song durant deux ans, de 1054 à 1056 et resta l’objet le plus lumineux du ciel nocturne à l’exception de la Lune. (Durant 23 jours elle était même restée visible en pleine journée). Ses restes concentriques (appelés rémanent) qui forment la nébuleuse proprement dite furent étudiés pour la première fois par John Bevis en 1731.

   S’étendant sur près de 10 années-lumière, la nébuleuse du Crabe est située à environ 6300 années-lumière de nous, en regard de la constellation du Taureau, et la vitesse d’expansion du rémanent est de 1500 km/s.

   Comme on peut le voir, la nébuleuse forme un réseau assez complexe comprenant de nombreux et mystérieux filaments composés principalement d’hélium, d’hydrogène et de quelques métaux lourds, le tout provenant de l'atmosphère de l'étoile de départ.

   Au centre, le noyau résiduel de l’étoile apparaît sous la forme d’un pulsar, c’est-à-dire d'une étoile à neutrons en rotation rapide. Rappelons qu’une étoile à neutrons est le stade terminal hyperdense de certaines étoiles massives (plus petites comme le Soleil elles finissent en naines blanches et plus grosses elles donnent naissance à des trous noirs).

   Tournant sur eux-mêmes à grande vitesse (parfois plusieurs centaines de fois par seconde), ces pulsars émettent un champ magnétique et lorsque qu'ils sont alignés avec la Terre, on perçoit ces émissions de façon cyclique, à la manière d’un phare dans l’espace, des pulsations qui donnent leur nom à ce type d’étoiles.

   Le pulsar qui se trouve au centre de la nébuleuse du Crabe tourne sur lui-même au rythme de 30 fois par seconde.

Crédit photo : NASA, ESA, Hubble, J. Hester, A. Loll (ASU) / ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

LE CASQUE DE THOR (NGC 2359)

   En regard de la constellation du Grand Chien, à environ 15 000 années-lumière de nous, on peut observer une bulle interstellaire ressemblant pour certains au casque du dieu nordique Thor ; il s’agit en fait d’une gigantesque nébuleuse diffuse à émission s’étendant sur à peu près 30 années-lumière (découverte par William Herschel en 1785).

   L’origine de cette étrange figure est l’étoile située en son centre, une géante bleue hyperchaude au stade d’évolution dit d’étoile de Wolf-Rayet. Il s’agit d’une étape qui, chez certaines étoiles géantes, précède leur explosion en supernova.

   En effet, après avoir épuisé leur hydrogène, ces étoiles fusionnent leur hélium puis des corps plus lourds. Dès lors, elles produisent d’énormes vents stellaires en éjectant de grandes quantités de substance au point que leur centre disparaît derrière une bulle de matière. Ce stade d’étoile de Wolf-Rayet dure peu : quelques centaines de milliers d’années, voire parfois un million d’années avant l’explosion.

   La couleur vert-intense de la nébuleuse est la conséquence des fortes émissions d’oxygène présent dans le nuage de gaz.

Crédits-photo : Robert Nemiroff (MTU) & Jerry Bonnell (UMCP) / ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

Pour en savoir plus sur les étoiles géantes : étoiles géantes par Céphéides

UNE ÉTRANGE SPIRALE

   Nous avons déjà eu l'occasion de voir ici-même de curieuses images dans l'espace (nébuleuses diverses, rémanents de supernovas, galaxies, amas globulaires, etc.) mais quel est donc le phénomène qui entraîne cette étrange et régulière spirale qu'on aperçoit sur la photo à gauche de l'étoile brillante du premier plan ?

   Il s’agit en réalité d’un système binaire appelé LL Pegasi (AFGL 3068) composé d’une étoile en fin de vie et arrivée au stade de nébuleuse planétaire (c’est-à-dire lorsqu’elle expulse ses couches externes sous la forme de coquilles qui se désagrègent dans l’espace en quelques milliers d’années) et de son compagnon.

   Et, ici, ce qui rend l’image différente, c’est la présence de ce compagnon. La géante rouge qui meurt laisse en effet échapper son gaz et la forme en spirale correspond à la trace laissée par le couple d’étoiles qui gravite à l’intérieur. Compte-tenu du taux d’expansion régulier du gaz, on sait qu’une nouvelle couche doit apparaître tous les 800 ans, ce qui correspond à la période orbitale des deux étoiles l’une autour de l’autre.

   La photo a été prise par le télescope spatial Hubble ; la spirale n’est sans doute visible que grâce à la lumière des étoiles voisines qu’elle réfléchit.

Sources image : Astronomy Picture of the Day (NASA)

LE CRABE AUSTRAL

   Voici encore une forme céleste bizarre. Comme  LL Pegasi décrit précédemment, il s’agit d’un système stellaire binaire, c'est-à-dire associant deux étoiles liées entre elles, un modèle très fréquent dans le cosmos.

   Toutefois, le couple stellaire est ici formé d’une naine blanche (un cadavre d’étoile) et d’une géante rouge variable de type Mira, c'est-à-dire elle-même dans la toute dernière période de sa vie. La naine blanche qui va progressivement s’éteindre au fil des millions d’années est bien plus chaude que la géante rouge. Les pulsations de cette dernière envoient ses couches extérieures sur la naine blanche mais celle-ci présente de temps à autre des éruptions qui chassent le gaz qui l’entoure au dessus et en dessous du disque stellaire central, donnant cette image en sablier, ou plus globalement d'une sorte de crabe de l’hémisphère sud (ne pas confondre avec la nébuleuse du Crabe que nous avons déjà évoquée plus haut et qui est un rémanent de supernova).

   La forme centrale qui correspond aux deux étoiles tournant autour l’une de l’autre mesure une demi-année-lumière tandis que ce couple de mort se trouve à environ 7 000 années-lumière de nous, en regard de la constellation du Centaure. La photo a été prise par le télescope spatial Hubble à l’occasion de sa 29ème année d’activité..

Image : télescope spatial Hubble

ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U

LE TRIPLET DU LION

   Dans l’hémisphère nord, on peut voir au printemps un superbe groupe galactique regroupant trois galaxies. Toutes les trois spirales, elles sont visibles sous des angles différents.

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   À gauche, c’est la galaxie du Hamburger (NGC 3628) qui est vue de profil, par la tranche, et qui se prolonge de chaque côté par des traînées opaques de poussière. Sa taille est d’environ 100 000 années-lumière mais avec son excroissance de poussière, elle s’étend sur près de 300 000 années-lumière.

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   En bas, à droite, la galaxie est répertoriée sous le sigle M66 et, au dessus d’elle, en haut, c’est M65. Ces deux galaxies sont suffisamment inclinées pour montrer leur forme en spirales.

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   Ces trois galaxies sont assez proches les unes des autres pour qu’elles s‘influencent : l’action des forces gravitationnelles est visible sur les bras étirés de M66 et sur le disque épaissi et déformé de NGC 3628. À terme, dans plusieurs milliards d’années, ces galaxies fusionneront pour n’en plus former qu’une seule, gigantesque.

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   Le triplet du Lion se situe par rapport à nous à une distance estimée de 30 millions d’années-lumière.

Crédits Robert Nemiroff (MTU), Jerry Bonnell (UMCP) et Jay Norris (représentant technique de la Nasa)

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LA GALAXIE DU TÊTARD ET SA LONGUE TRAÎNE

   À partir des photos de « champ profond » du télescope spatial Hubble, il est possible d’individualiser certaines images comme celle de la galaxie du Têtard (arp 188), située à 420 millions d’années-lumière de nous, en regard de la constellation du Dragon (photo ci-dessus).

   Et la question qu’on se pose immédiatement à son sujet est : pourquoi cette galaxie a-t-elle une queue aussi longue ? En effet, cette « traîne » s’étend sur près de 300 000 années-lumière, présentant des amoncellements d’étoiles géantes bleues, donc jeunes. L’explication est presque toujours la même : la galaxie du Têtard a rencontré une autre galaxie et les forces de marée alors générées lui ont arraché poussière, gaz et étoiles aboutissant à ce bizarre « détricotage ».

   La galaxie responsable de cet immense tableau cosmique n’est pas loin (en termes astronomiques) puisqu’on la devine au travers du bras de la galaxie du Têtard, en haut à gauche : elle se trouve au-delà, à environ 300 000 années-lumière. À terme, elle viendra fusionner avec sa victime.

   Mais cette fusion est prévue dans bien longtemps. Auparavant, la galaxie du Têtard perdra progressivement sa queue remplacée par de petites galaxies satellites à l’endroit où les amas d’étoiles sont les plus denses..

Crédits photo : Hubble Legacy Archive, ESA, NASA ; Traitement : Faus Marquez (AAE)

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Nous avons longuement évoqué les différentes caractéristiques de notre galaxie dans un article précédent (la Voie lactée) mais, à l’aune d’observations récentes, nous pouvons aujourd’hui reparler plus particulièrement de sa genèse. En effet, grâce notamment au satellite européen Gaïa, la date et les conditions de sa naissance ont été tout récemment réévaluées. Toutefois, avant d’aborder ce sujet précis, revenons un instant sur les notions plus générales (et communément admises) des débuts de l’univers.

L’univers primitif

  Au début, il n’y avait certainement pas de lumière mais un noyau minuscule extrêmement chaud et dense qui résumait tout l’univers et autour duquel il n’y avait rien, ni temps, ni espace. C’était il y a 13,7 milliards d’années.

Puis l’univers a commencé à refroidir permettant aux constituants de la matière (quarks et électrons) d’apparaître. Quelques millionièmes de seconde après, les quarks ont pu commencer à se regrouper pour former les noyaux des atomes qui, en 380 000 ans environ, ont réussi à capturer les électrons dans leurs orbites et donner ainsi naissance aux premiers atomes d’hélium et d’hydrogène. Et c’est seulement alors qu’est apparue la lumière. Il faudra encore environ 150 millions d’années pour que naissent les premières protogalaxies, immenses nuages de gaz d’hydrogène et d’hélium (probablement associés à de la matière noire) qui vont progressivement se condenser pour constituer les étoiles primordiales puis, par regroupement, les premières galaxies. D’abord de taille modeste, ces galaxies vont grossir considérablement par accrétion de structures plus petites. Les scientifiques, grâce notamment au télescope spatial Hubble (et l’étude de son « deep space »), ont pu montrer que rares vers 700 millions d’années, des galaxies plus conséquentes deviennent relativement nombreuses vers 900 millions d’années. Il s’est donc forcément passé quelque chose entre ces deux dates et cela a dû être, comme on peut le supposer, violent.

Dès le début, ces galaxies ne se sont pas réparties de façon homogène mais selon de grands réseaux de filaments cosmiques ce qui aboutit à la constitution d’amas galactiques séparés par d’immenses espaces vides.

La théorie classique de formation de la Voie lactée

Notre galaxie s’est très certainement formée comme la plupart des autres galaxies. Elle est née peu après le Big Bang sous la forme de petites masses qui ont fait office de précurseurs à la formation

d’amas globulaires (où l’on trouve dans ceux qui subsistent encore dans le halo de notre galaxie les étoiles les plus anciennes). Par accrétion progressive, au bout de quelques milliards d’années, la masse de la Voie lactée fut suffisamment importante pour avoir une vitesse tangentielle suffisante. Du coup, comme le patineur ramenant ses bras contre son corps se met à tournoyer plus vite, le gaz interstellaire de notre galaxie s’est aplati pour passer d’une sphère à un disque dans lequel se sont formées les étoiles. Ce disque aplati doté de bras en spirales s’est mis à tourner autour d’un centre brillant appelé bulbe galactique. On peut d’ailleurs noter que les étoiles les plus jeunes de notre galaxie se trouvent effectivement dans son disque (où se situe d’ailleurs la majorité des étoiles dont notre Soleil). L’ensemble est surmonté (ou plutôt entouré) d’un halo sphérique. En somme, une structure comparable à la plupart des autres galaxies spirales.

Précisons que l’augmentation de volume de la Voie lactée s’est constituée, certes par accrétion de gaz mais aussi par la capture de galaxies plus petites. Nous aurons l’occasion d’y revenir mais, signalons-le d’emblée, le laboratoire spatial Gaïa a ainsi pu repérer une trentaine de milliers d’étoiles, toutes très vieilles, se déplaçant dans la Voie lactée en sens inverse des milliards d’autres étoiles (et du Soleil) : elles constituent les reliquats d’une galaxie disparue, baptisée Gaïa-Encelade, absorbée il y a environ 10 milliards d’années.

À quelle époque, cette naissance de la Voie lactée a-t-elle eu lieu ? La communauté scientifique était tombée d’accord pour situer cette date à il y a environ 11 milliards d’années. Mais – grosse surprise dans le petit Landerneau astronomique – une intéressante étude toute récente vient jeter un pavé dans la mare : certaines régions de notre galaxie se seraient formées deux milliards d’années plus tôt !

L’étude des sous-géantes

Comment apprécier l’âge réel de la Galaxie ? C’est à ce problème en définitive pas si simple que se sont attaqués des scientifiques allemands en s’appuyant sur l’observation d’une catégorie particulière d’étoiles : les sous-géantes.

Il faut d’abord se souvenir que, en astronomie, il n’existe pas d’étoiles dites « normales ». En effet, on a affaire d’emblée soit à des naines (rouges, jaunes comme notre Soleil, etc.) soit à des géantes (bleues, rouges, blanches, etc.). Parmi ces dernières, on trouve une espèce très spéciale d’astres, les sous-géantes. Ce sont des étoiles qui sont plus brillantes que les naines de la séquence principale de même type spectral mais moins toutefois que les vraies géantes. Les scientifiques pensent qu’il s’agit d’étoiles sur le point d’arrêter la fusion nucléaire de l’hydrogène qu’elles ont de fait quasiment épuisé. Pour ces astres d’une taille voisine de celle du Soleil, cette période provoque la contraction de leur cœur avec une augmentation considérable de leur température centrale. La conséquence de ce nouvel état est le déplacement de la fusion de l’hydrogène restant vers la périphérie de l’étoile qui augmente ainsi de volume : elle va progressivement se transformer en vraie géante (et c’est d’ailleurs cela qui arrivera au Soleil dans quelques milliards d’années). Durant cette phase très particulière de sous-géante, la luminosité de l’étoile dépend alors directement de son âge que l’on peut assez facilement calculer : il découle du temps qui a été nécessaire pour que l’étoile manque d’hydrogène dans son cœur.

L’étude allemande : luminosité et métallicité

La question est donc la suivante : à quelle époque s’est constituée la Voie lactée et de quelle manière ?

Comme on l’a dit précédemment, il est possible de dater un ensemble d’étoiles en se focalisant sur les sous-géantes dont l’état transitoire permet de connaître leur âge véritable. À vrai dire, cette caractéristique qui donne tout son intérêt à ce groupe d’étoiles est connue depuis une dizaine d’années déjà mais les études réalisées jusqu’à maintenant portaient tout au plus sur quelques milliers de sujets. En se basant sur les données récentes révélées par la mission spatiale Gaïa et le télescope terrien chinois Lamost, l’étude allemande a pu s’appuyer sur une base de 250 000 sous-géantes. On comprend aisément que plus l’échantillon est important, plus il devient possible de connaître l’âge de différentes parties de la Galaxie et donc de décrypter les différentes phases de sa formation.

En réalité deux paramètres ont été nécessaires pour cette étude : la luminosité des sous-géantes révélée par Gaïa et leur métallicité donnée par Lamost. Mais pourquoi a-t-on également étudié la métallicité de ces sous-géantes et, d’abord, qu’est-ce que c’est ?

On sait qu’une étoile est principalement composée d’hydrogène qu’elle transforme en hélium pour assurer la fusion nucléaire. Toutefois, il existe une petite fraction d’atomes lourds (comme le fer, le carbone, l’oxygène, etc.) qui est également fabriquée en son sein et

dispersée lorsqu’elle meurt en explosant. Plus une étoile est d’époque récente et plus elle sera riche en ces éléments lourds « recaptés » lors de sa formation tandis que plus une étoile sera ancienne, moins elle en possédera. Nous avons d’ailleurs vu dans un article précédent que les premières étoiles – celles baptisées « primordiales » -  en étaient totalement dépourvues. Le pourcentage d’éléments lourds que possède une étoile est appelé son indice de métallicité.

Au total, on peut résumer ainsi l’étude : la luminosité des sous-géantes permet d’obtenir une bonne notion de leur âge, âge qui sera considérablement affiné par l’étude de leur degré de métallicité.

Âge de la Voie lactée

L’étude a donc porté sur l’âge estimé de cette très spéciale population d’étoiles, les sous-géantes, pour aboutir à une conclusion plutôt inattendue qui « vieillit » notre galaxie. Son évolution semble avoir suivi deux phases bien distinctes :

1. La constitution il y a 13 milliards d’années (pour mémoire, l’âge de l’univers est estimé à 13,7 milliards d’années) d’un disque proto-galactique bombé (ou épais) abritant les premières générations d’étoiles et
2. La rencontre avec une galaxie naine déjà évoquée plus avant, Gaïa-Encelade, attirée par le disque primitif de notre galaxie. Du fait de l’apport d’étoiles, ce disque bombé s’est alors affiné (comme expliqué plus avant) avec apparition d’un bulbe galactique et, autour de l’ensemble ainsi formé, du halo d’étoiles.

Jusqu’à présent les scientifiques pensaient que le halo était la partie la plus ancienne de notre galaxie et qu’il avait longtemps précédé la formation du disque galactique. Eh bien c’est faux démontrent ces nouvelles données : le disque est tout aussi ancien. Les nouvelles informations apportées par Gaïa montrent que des étoiles trèsprimitives, à faible métallicité, tournent toujours dans le disque ce qui sous-entend que celui-ci existe depuis les débuts de la Galaxie. Plus encore, on peut penser sérieusement aujourd’hui que les étoiles du disque sont certainement parmi les premières à s’être formées. Du coup, c’est toute la formation de la Voie lactée qui est remise en cause…

De ce fait, la « naissance » de la Voie lactée que les scientifiques estimaient avoir eu lieu trois à quatre milliards d’années après le Big bang a fait un bon important dans le passé : les données récentes la situent à présent vers 800 millions d’années, soit peu de temps (en termes astronomiques) après le point de départ initial. Voilà un élément nouveau sur les premiers temps de notre galaxie qui remet en cause notre schéma explicatif de sa formation. Comme quoi, dans le domaine scientifique, rien n’est jamais acquis !

Mais ce qui est vrai pour notre galaxie l’est peut-être aussi pour l’ensemble des autres galaxies. Et c’est également tout l’intérêt du lancement réussi il y a quelques mois du télescope spatial James Webb dont on rappelle que l’une des missions fondamentales est précisément d’explorer l’univers primordial et d’apporter plus d’informations sur ses débuts. Décidément, l’avenir astronomique proche risque d’être encore plus passionnant.

Sources

 * Encyclopaedia Britannica

* https://trustmyscience.com

* Wikipedia France :  fr.wikipedia.org/

* Revue Pour la Science, HS n° 118, février-mars 2023

* Revue Science & Vie, HS  n° 305, février 2023

Images :

1. la Voie lactée par Serge Brunier

2. filaments cosmiques (sources :  gurumed.org)   

3. galaxie spirale NGC 1232 (crédits : www.cidehom.com  

4. diagramme HR (sources : Wikipedia

5. télescope spatial Gaïa (sources : midilibre.fr)

6. télescope chinois Lamost (sources : oezratty.net)

7. formation de la Voie lactée (sources : astrosurf.com)

8. structure de la Voie lactée (sources : numerama.com)

Sujets apparentés sur le blog

1. juste après le Big bang

2. les étoiles primordiales

3. les galaxies

4. la Voie lactée

5. des galaxies aux superamas

Mots-clés : protogalaxies - étoiles primordiales - filaments cosmiques - laboratoire spatial Gaïa - étoiles sous-géantes - métallicité stellaire

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mise à jour : 23 avril 2023 

Voici quelques courts articles parus sur le site Facebook du blog

NGC 55, GALAXIE IRRÉGULIÈRE

   Une galaxie irrégulière est une galaxie qui ne montre aucune forme particulière, ni spirale (comme notre Voie lactée), ni elliptique. La grande majorité de ces galaxies sont dites naines car elles contiennent pour la plupart moins de 1 milliard d’étoiles, à comparer avec notre galaxie (environ 150 milliards d’étoiles) ou notre proche voisine, Andromède, qui en renferme près de 1000 milliards).

   NGC 55 (dite aussi Caldwell 72) ne possède qu’un seul bras et semble structurellement très proche du Grand Nuage de Magellan, une galaxie irrégulière satellite de la nôtre. Toutefois, ce dernier se trouve à environ 180 000 années-lumière de la Voie lactée (et subit donc l’attraction de celle-ci) tandis que NGC 55 est distante d’environ six millions d’années-lumière et était censée faire partie d’un groupe galactique appelé le Sculpteur. Cette dernière notion a été récemment remise en cause : il s’agirait en réalité d’une illusion d’optique, NGC 55 se situant seulement sur la même ligne de visée que ce groupe galactique de même qu’une autre galaxie (NGC 300) avec laquelle elle forme une paire gravitationnelle.

   NGC 55 est une galaxie d’environ 60 000 années-lumière de diamètre (90 000 années-lumière pour la Voie lactée) et est difficile à observer en raison de son positionnement qui la montre de profil (au contraire du Grand Nuage). On peut quand même localiser de nombreuses nébuleuses par émission qui trahissent des zones de formation stellaires. Son noyau, brillant et parcouru par des nuages de poussière, révèle de nombreuses jeunes étoiles bleues entourées de groupes d’étoiles rosées.

Image : crédit : Martin Pugh

ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

LES NUAGES DE MAGELLAN

   Prise dans la région d’Antofagasta, dans le nord du Chili, cette intéressante photo nous montre un pic volcanique entouré des deux nuages de Magellan. Le Grand Nuage est sur la droite, le Petit sur la gauche.

   Ces petites galaxies satellites de la Voie lactée que nous évoquions il y a quelques jours ont été nommées ainsi en l’honneur du navigateur portugais Fernand de Magellan qui entreprit de faire le tour de la Terre en 1519 et les décrivit lors la première partie de son périple (il mourut à mi-chemin).

   Le Grand Nuage se situe à environ 180 000 années-lumière de nous et, satellite de notre galaxie, il comprend environ 30 milliards d’étoiles. Comme toute galaxie irrégulière, il est le siège de la formation de nombreuses étoiles et est riche en objets remarquables (plus de 60 amas globulaires, 700 amas ouverts et pas loin de 400 nébuleuses planétaires).

   Le Petit Nuage se trouve quant à lui un peu plus loin (210 000 années-lumière) et, comme le Grand Nuage, est une ancienne galaxie spirale barrée démembrée par la Voie lactée. C’est également, par une nuit libre de toute pollution lumineuse et dans l’hémisphère sud, l’objet le plus éloigné de nous qu’on puisse voir à l‘œil nu.

   À gauche du Petit Nuage (on peut également en voir le reflet dans l’étendue d’eau au premier plan de la photo), on aperçoit un gros point lumineux : ce n’est pas une étoile mais l’amas globulaire 47 du Toucan (ou 47 Tucanae ou 47 Tuc ou NGC 104) distant d’environ 15 000 années-lumière. Cet amas est très étudié car, outre qu’il est un des plus gros autour de notre galaxie, il est également riche en pulsars (logique puisque ses étoiles jeunes sont mortes depuis longtemps) mais aussi en « traînards bleus », ces étoiles toutes jeunes créées à partir de vieilles étoiles par l’attraction galactique de la Voie lactée.

Crédit photo : Carlos Fairbairn

NASA / GSFC & Michigan

L’ŒIL DE LA NÉBULEUSE

   Cette étrange image qui ressemble à un œil gigantesque perdu dans le cosmos (certains l’ont appelé « l’œil de Dieu ») est en fait une nébuleuse planétaire située à 700 années-lumière de la Terre et se projetant en regard de la constellation du Verseau. Elle est baptisée nébuleuse de l’Hélice (NGC 7293). Rappelons qu’une nébuleuse planétaire (un nom particulièrement mal choisi mais historique) est, avec la naine blanche résiduelle centrale, tout ce qu’il reste d’une étoile de type solaire après sa mort.

   Comme dans tout objet de ce genre, l’image nous montre une coquille de gaz expulsée à la vitesse d’environ 30 km/s tandis que le noyau central, la naine blanche, se compose de matière dégénérée et mettra des milliards d’années à s’éteindre.

   Toutefois, la nébuleuse de l’Hélice n’est pas tout à fait comme les autres. En effet, la naine blanche se trouve au centre d’une immense tache rouge. L’explication la plus probable est que lors de l’expulsion de l’essentiel de la matière, celle-ci est probablement entrée en contact avec une ceinture de débris qui, à la manière de notre propre ceinture de Kuiper, entourait l’étoile mourante. Cette collision a alors entraîné la formation d’immenses nuages de poussière résiduelle.

   Il est curieux de constater que si, comme c’est probable, l’étoile était entourée de planètes, celles-ci ont été volatilisées lors de l’explosion stellaire alors que des corps périphériques comme des comètes ont réussi à survivre au désastre.

Photo : la nébuleuse Helix NGC 7293

Crédits : NASA, JPL-Caltech, Kate Su (Steward

R LEPONIS, L'ÉTOILE VAMPIRE

   On le sait bien : plus une étoile est chaude, plus sa couleur tire vers le bleu, plus elle est froide (tout est relatif), plus elle tire vers le rouge. Les étoiles de type Mira (par référence à l’étoile Mira o Ceti) sont des étoiles variables périodiques. Variables car elles semblent pulser en s’élargissant et en se contractant de manière cyclique tandis que leur période de pulsation dépend quant à elle de la taille et du rayon de l’étoile. Ce sont des étoiles géantes rouges qui se trouvent à leur dernier stade de vie.

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   Dans le texte précédent, nous évoquions les nébuleuses planétaires qui sont le stade suivant. Ici, l’étoile n’a pas encore explosé mais ce moment est proche et son cœur central est sur le point de devenir une naine blanche.

   La photo ci-dessus est celle de l’étoile R Leponis, une étoile de type Mira située à environ 1300 années-lumière, en regard de la constellation du Lièvre. On la nomme également « l’Étoile cramoisie de Hind », en mémoire de son découvreur anglais du XIXème siècle qui la décrivit « comme une goutte de sang sur un champ noir ». Changeant de luminosité tous les 14 mois et très proche de sa destruction définitive, elle est à un stade terminal caractérisé par une abondance de carbone au point que les scientifiques en font effectivement une « étoile de carbone ». Ce carbone provient de la fusion de l’hélium près du noyau central en fin de vie et c’est ce carbone qui absorbe le peu de lumière bleue restante, donnant à l’étoile cette couleur rouge sang. La « carbonification » de R Leponis est la conséquence de tout un ensemble de conditions s’opposant à la tendance normale de ces étoiles à maintenir un surplus d'oxygène par rapport au carbone. Et c’est cela qui fait de R Leponis une étoile rare dans notre environnement proche.

Photo : l’étoile R Leponis

(crédit & copyright : Martin Pugh

LA GALAXIE DU HAMBURGER

   La galaxie du Hamburger (NGC 3628) doit son aspect plutôt bizarre au fait qu’il s’agit d’une galaxie spirale vue par la tranche (un peu comme nous voyons le centre de notre propre galaxie). Elle fait partie d’un groupe de trois galaxies avec M65 et M66 appelé le triplet du Lion car située en regard de la constellation du Lion, à environ 35 millions d’années-lumière. Sa taille avoisine les 100 000 années-lumière (à comparer avec les 90 000 années-lumière environ de notre Voie lactée).

   Si les deux compagnes de la galaxie du Hamburger sont baptisées M 65 et M 66, prouvant ainsi qu’elles furent cataloguées par l’astronome français Charles Messier, ce n’est pas le cas de NGC 3628 découverte, elle, plus tard (en 1784) par le britannique William Herschel.

   NGC 3628 apparaît donc sous la forme d’un disque galactique plutôt rebondi et divisé en deux par une bande sombre de poussière qui empêche d’apercevoir le noyau central ainsi que les bras spiraux riches en nouvelles étoiles brillantes.

   La particularité de la galaxie du Hamburger, c’est de posséder une sorte de « traîne » s’étendant sur plus de 300 000 années-lumière et due aux forces gravitationnelles qui la relient aux deux autres galaxies du triplet du Lion. La puissance de ces interactions entraîne à cet endroit la formation de nombreux amas globulaires et pouponnières d’étoiles.

Crédits photo : Paul Gardner, Great Basin Observatory et Rogelio Bernal Andreo (DeepSkyColors.com)

ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

LA NÉBULEUSE DE L'ANGE CÉLESTE

   Cette nébuleuse (c’est à dire un ensemble de gaz et de matière situé à l’intérieur de notre galaxie et susceptible de donner naissance à de nouvelles étoiles) a été nommée Sharpless 2-106 (de William Sharpless, son découvreur en 1950). Elle est située en regard de la constellation du Cygne à environ 2000 années-lumière de nous.

   Sa forme très particulière fait penser à un sablier ou à un angelot (d’où son appellation). L’explication de cet aspect réside dans la formation d’une étoile supermassive en son centre : un anneau de poussière enserre cet astre en formation et agit comme un lien. Cette sorte de ceinture «resserre» à son niveau la nébuleuse qui est, elle, en expansion, lui donnant cette forme bien spéciale. Les ailes de l’ange sont des formations de gaz extrêmement chaud produites par l’étoile centrale d’où leur couleur bleue.

   Une exploration de la zone en infrarouge a pu mettre en évidence la présence de centaines de naines brunes, c’est-à-dire d’objets trop légers (en général 1/10 de la masse de notre soleil) pour enclencher des réactions de fusion nucléaire et « s’allumer » en étoiles véritables. Cette abondance « d’astres obscurs » laisse supposer qu’ils sont en définitive bien plus nombreux dans le cosmos qu’on pourrait le croire.

Image : la nébuleuse de l’ange céleste

Sources : NASA, télescope spatial Hubble

RÉMANENT FANTOMATIQUE

   Dans l’hémisphère nord, en regard de la constellation du Cygne et le long du plan galactique de la Voie lactée, on peut observer d’étranges figures fantomatiques qui sont les restes d’une étoile morte depuis longtemps. Certains croient y discerner la forme d’un spectre bleuté sur le fond obscur et noir des poussières interstellaires (voir la photo ci-dessus).

   Il s’agit en réalité du rémanent d’une supernova dont la coquille continue de s’étendre dans le vide intersidéral : il mesure à présent une taille de 150 années-lumière. Ces restes en expansion se trouvent à environ 5000 années-lumière de nous.

   Si la coquille bleutée du rémanent est bien visible, on ne trouve plus trace des restes centraux de l’étoile détruite ou, du moins, ils ne sont pas visibles de la Terre. Baptisée W63, cette étoile géante a explosé en supernova et illuminé quelques unes de nos nuits il y a environ 15 000 ans.

Crédits images : Robert Nemiroff (MTU) & Jerry Bonnell (UMCP) ; NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

L’AMAS GLOBULAIRE M22 ET SES DEUX COMPAGNONS

   Prise le 31 mars 2017, cette photo nous montre l’amas globulaire M22 (en bas, à gauche), un des plus proches que l’on puisse observer puisqu’il n’est distant de la Terre que de 10 000 années-lumière. C’est un conglomérat de 100 000 étoiles toutes bien plus âgées que notre Soleil. Il abrite également une nébuleuse planétaire (coquille en expansion d’une étoile morte) ce qui est rare pour un tel objet.

   Ce jour de mars 2018, M22 se trouvait en compagnie de deux astres et formait une sorte de triangle céleste avec eux. Il s’agit bien entendu d’une illusion d’optique puisque l’astre pâle du haut n’est autre que la planète Saturne dont le disque jaunâtre réfléchit avec force la lumière solaire tandis que l’astre rougeâtre plus bas et à droite de M22 est la planète Mars se rapprochant alors de la Terre.

   Si votre définition d’écran le permet, vous pourrez même observer un point minuscule près de Saturne (vers 5 heures) : il s’agit de Titan, son plus grand satellite.

Crédits photo : Damian Peach, Robert Nemiroff (MTU) & Jerry Bonnell (UMCP)

NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

GALAXIE POUSSIÉREUSE

   Située en regard de la constellation d’Andromède (ne pas confondre cette constellation, structure imaginaire composée d’étoiles appartenant à notre galaxie avec la grande galaxie d’Andromède), NGC 891 (appelée Silver Sliver Galaxy par les anglo-saxons, c’est-à-dire « petit bout argenté ») est une galaxie spirale vue par la tranche et sensiblement comparable à notre Voie lactée.

    Elle est située à un peu moins de 30 millions d’années-lumière et en mesure environ 100 000. Elle est difficile à observer ce qui n’empêcha pas d’y découvrir en août 1986 une des supernovas les plus brillantes jamais découvertes dans les temps modernes. NGC 891 est coupée en son centre par une épaisse bande de poussière qui donne l’impression de la fendre en deux.

   Des observations en haute définition sont venues récemment jeter le trouble chez les scientifiques. En effet, s’il existe bien une épaisse couche de poussière au niveau du bulbe central de NGC 891, des filaments de cette poussière s’étendent aussi de part et d’autre du disque galactique sur des centaines d’années-lumière en direction du halo. La cause de ce phénomène divise les spécialistes : pour certains, il s’agit de poussières éjectées du disque par l’explosion de supernovas tandis que d’autres parient plus volontiers sur les traces d’une abondante formation d’étoiles.

   Dans le domaine scientifique, de nouvelles observations viennent souvent poser plus de questions que donner de réponses : il faudra attendre qu’un peu de temps (d’observation) passe avant de comprendre ce qui explique de telles images. Peut-être le télescope spatial James Webb ?

Crédit image : Jean-Charles Cuillandre (CFHT), Hawaiian Starlight, CFHT

(CFHT est le sigle de Canada-France-Hawaï

NÉBULEUSE DU COCON

   La nébuleuse du Cocon IC 5146 se trouve à 3300 années-lumière de nous, en regard de la constellation du Cygne. C’est une pouponnière d’étoiles.

   Comme on peut le voir sur la photo, la partie gauche de la nébuleuse est composée de longues bandes de poussières interstellaires obscures tandis que, à droite, on aperçoit sa partie active associant des nuages rouges d’hydrogène ionisé par la présence des étoiles nouvelles et la lumière bleue par réflexion de la poussière.

   Au centre de la nébuleuse siège une étoile brillante, très jeune puisqu’elle n’a probablement pas plus de quelques centaines de milliers d’années. Elle illumine la nébuleuse tout en creusant une sorte de cavité dans le nuage moléculaire.

L’ensemble de la nébuleuse revêt un aspect plutôt tourmenté, presque chaotique, propice à la naissance de tout un essaim de nouvelles étoiles.

Crédit photo : Marcel Drechsler (Baerenstein Obs.)

ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

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mise à jour : 26 mars 2023

     Lancé il y a quelques mois, le télescope spatial James Webb (JWST) est un franc succès. La NASA a rendu publiques les premières photos de ce nouvel outil, des prises de vue seulement destinées à "calibrer" l'engin. On a hâte de voir la suite. Pour l'heure - et la confirmation arrivera assez vite - on peut dejà prédire qu'il y aura en astronomie observationnelle un avant et un après !

LE QUINTETTE DE STEPHAN

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     Le télescope Hubble nous avait donné il y a quelques années de superbes images d’un groupe de galaxies nommé le Quintette de Stephan mais le nouveau télescope spatial James Webb (JWST pour James Webb Space Telescope) – qui observe dans l’infrarouge plus précis - va encore plus loin. Beaucoup plus loin. Il nous dévoile une foule de détails inédits : jeunes étoiles nouvellement formées, queues galactiques de poussière et de gaz, jeunes étoiles attirées par les forces gravitationnelles et même des ondes de choc dues à la traversée de l’amas par l’une des galaxies, NGC 7318B.

     Comme son nom l’indique, le Quintette de Stephan est composé de cinq galaxies mais seules quatre d’entre elles sont en contact gravitationnel : NGC 7320, la plus à gauche, n’est située, en réalité, qu’à 40 millions d’années-lumière tandis que les quatre autres (NGC 7317, NGC 7319 et NGC 7318 A et B) sont à environ 250 millions d’années-lumière et ce sont ces quatre dernières qui sont amenées à fusionner.

     JWST a permis de mettre en évidence le trou noir massif qu’abrite NGC 7319 (la galaxie la plus haute sur l’image), trou noir qui accumule activement de la matière. Il a également permis d’individualiser de multiples étoiles dans NGC 7320 ainsi que son brillant noyau. On peut également y observer les étoiles mourantes dont la fin de vie produit de la poussière sous la forme de points rouges. Les scientifiques ne sont pas habitués à voir autant de détails sur les interactions galactiques et, pour eux, il s’agit là d’un véritable laboratoire d’observation pour comprendre notamment les mécanismes de fusion en jeu.

     Ces premières images de ce super télescope spatial permettent d’affirmer que de multiples découvertes sont promises dans les temps à venir. Oui, en termes d’astronomie observationnelle, on peut légitimement parler de révolution !

Crédits-photo : NASA, ESA et ASC

LA NÉBULEUSE DE LA CARÊNE

         La nébuleuse de la Carène, située dans l’hémisphère sud, est une des nébuleuses les plus étendues visibles depuis la Terre. On sait bien que ce sont les étoiles qui sont responsables de tels objets puisque naissant à partir de cocons de poussière qu’elles dispersent ensuite. De ce fait, au télescope, on peut observer d’étranges formes ressemblant à des piliers ou à des pics qui donnent l’impression de constructions solides : rien n’est plus trompeur. En fait, ces objets ont une densité infime et sont plus légers que l’air que nous respirons. 

     Le télescope Hubble – qui voit dans le domaine de la lumière visible – nous a révélé de la Carène de nombreux détails jusqu’alors ignorés (image du bas ci-jointe) mais le télescope spatial James Webb (JWST) a une vue encore plus perçante puisqu’il observe, lui, dans l’infrarouge (image du haut). Du coup, il amplifie de façon incroyable ce que nous avait déjà dévoilé Hubble (Les deux images concernent la même région de la Carène). La photo du haut (JWST) montre des centaines d’étoiles en formation que l’on n’avait jamais vues auparavant. La résolution est telle qu’on découvre alors un paysage d’une précision absolue dans lequel l’intense rayonnement ultraviolet des étoiles nouvelles creuse dans le gaz dont elles naissent tout un ensemble de vallées et de montagnes de poussière. JWST débute décidément en fanfare !

Crédits-photos : NASA, ESA, ASC

LA GALAXIE M74

     Une des premières images offertes par le nouveau télescope spatial James Webb (JWST) est celle de la superbe galaxie M74. Les images que nous avait données Hubble en son temps étaient spectaculaires mais celles prises par JWST dépassent tout ce que pouvaient espérer les scientifiques…

     M74 (ou NGC 628), également appelée la galaxie fantôme car difficile à photographier, contient à peu près 100 milliards d’étoiles et se situe à environ 30 millions d’années-lumière, en regard de la constellation des Poissons. Elle a depuis longtemps été considérée par les astronomes comme le parfait exemple d’une galaxie spirale type avec ses deux bras spiraux majestueux. Bien que ne pesant que le 1/5 de la masse de la Voie lactée, son diamètre approche les 85 000 années-lumière et ses bras spiraux contiennent une impressionnante quantité d’étoiles jeunes ou en formation.

     Sur la photo prise par JWST, M74 apparaît sous la forme d’un gigantesque tourbillon de poussière et de gaz avec des alternances de poches de densité et des creux d’où la matière semble avoir été chassée, l’ensemble coexistant avec des pouponnières d’étoiles nouvelles. La région centrale de M74 est particulièrement bien détaillée dans l’image ci-jointe. On y trouve une quantité de détails sans précédent qui permettra, le temps venant, d’extraire une colossale quantité de données. Or il s’agit là d’une vision de loin de notre propre galaxie. Le nouveau télescope spatial n’a pas fini de nous étonner !

Crédits-photo : NASA, ESA, ASC

LA NÉBULEUSE DE L’ANNEAU AUSTRAL

     La nébuleuse de l’Anneau austral (NGC 3132), également appelée « nébuleuse aux huit éclats » par une erreur de traduction de l’anglais puisque « eight burst » signifie en réalité « explosion en huit », est une nébuleuse planétaire (terme « historique » qui n’a rien à voir avec une quelconque planète). Située à environ 2000 années-lumière de nous. Elle a un diamètre de presque une année-lumière (nouvelle estimation grâce à JWST) ce qui représente près de 1500 fois la distance entre le Soleil et Pluton.

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     Son centre est occupé par deux étoiles : une naine blanche (la moins brillante) responsable de la nébuleuse et une compagne au seuil de sa mort. Celle-ci donnera alors une autre nébuleuse qui viendra s’ajouter à la première. Sur le cliché pris par la composante NIRcam du télescope qui observe en infrarouge proche, on peut seulement voir le compagnon de la naine blanche près du centre (image de gauche) tandis que l’image de droite prise par sa composante MIRI (infrarouge moyen) permet de voir les deux étoiles tout en étant moins précis pour la périphérie nébulaire.

     C’est la complexité du mouvement orbital des deux astres qui est à l’origine des structures complexes de la nébuleuse. Hubble donne des images moins précises (quoique révolutionnaires pour son époque) que celles de James Webb, lequel, avec une exactitude incroyable, dévoile l’ensemble de l’objet.

Crédits-photo : NASA, ESA, ASC

L’UNIVERS LOINTAIN

     L’une des premières missions du JWST (et la raison de sa construction au départ) est l’exploration des tout premiers instants de l’Univers. Le cliché ci-dessus pris par lui renferme plusieurs milliers de galaxies dont quelques unes datent de peu après le Big bang il y a plus de 13 milliards d’années. On peut y voir au centre l’amas de galaxies SMACS 0723 tel qu’il apparaissait il y a 4,6 milliards d’années. Toutefois, par le mécanisme de lentille gravitationnelle que nous avons souvent évoqué ici, SMACS 0723 permet, par cet effet de loupe, de faire apparaître des objets cosmiques bien plus lointains situés derrière lui : on obtient donc un « champ profond » analogue à ceux qui ont fait la gloire du télescope Hubble… mais en encore plus précis ! Si l’on songe que cette photo n’a nécessité qu’une longueur d’exposition d’un peu plus de douze heures, on comprend toutes les possibilités offertes par des temps d’exposition plus étendus…

Crédits-photo : NASA, ESA, ASC

L’EXOPLANÈTE WASP-96b

     WASP-96 est une étoile de type solaire située à environ 1150 années-lumière, en regard de la constellation du Phénix, dans l’hémisphère sud, et, comme son appellation l’indique, WASP-96b est la seconde planète tournant autour de cette étoile. Découverte en 2014, cette planète est une géante gazeuse (un « Jupiter chaud ») faisant le tour de son étoile en 3,4 j. Sa masse est la moitié de celle de Jupiter et sa température moyenne est de plus de 500°.

     Avant l’observation de son spectre par le JWST, il était communément admis que WASP-96b était sans nuages. Faux, nous dit le télescope : son atmosphère recèle des nuages et des brumes. Il a de plus confirmé la présence d’eau en observant la lumière qui la traverse. On devine que la prochaine étape de l’étude de la planète sera de savoir quelle quantité d’eau renferme la planète ainsi que la composition exacte de son atmosphère…

Crédits-photo : NASA, ESA, ASC

LA GALAXIE DE LA ROUE DU CHARIOT

    À environ 500 millions d’années-lumière, en regard de la constellation du Sculpteur dans l’hémisphère sud, on peut observer la superbe galaxie du Chariot ( ESO 350-40). À l’origine, cette galaxie spirale était semblable à notre Voie lactée mais traversée à grande vitesse par une autre galaxie plus petite, elle a été profondément remaniée jusqu’à lui donner cette apparence de roue qui lui vaut son nom actuel.

      Déjà remarquablement observée par le télescope spatial Hubble il y a quelques années, le télescope James Webb (JWST) la décline aujourd’hui dans toute sa splendeur avec force de détails supplémentaires.

      On peut ainsi observer que le choc intergalactique a créé une structure en double anneau s’étendant du centre vers la périphérie. Au centre, outre la vision bien plus précise de son trou noir central, le premier et très brillant anneau renferme d’immenses zones de nouvelles étoiles et de poussière, conséquences du choc. S’étendant quant à lui sur près de 440 millions d’années-lumière, le second anneau se heurte au gaz alentour entraînant la création de centaines de milliers d’étoiles nouvelles dont certaines ont pu être individualisées (points bleus dans la photo ci-jointe).

       L’observation en infrarouge par le JWST a permis d’affiner la structure de la poussière galactique présente, révélant non seulement des hydrocarbures et autres corps chimiques mais également de la poussière de silicate. L’ensemble de ces régions forment des rayons spiralés constituant l’armature de la galaxie, lui conférant ainsi cet aspect si particulier.

.Crédits-photo : Nasa, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team

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mise à jour : 26 mars 2023

Voici quelques courts articles parus sur le site Facebook du blog

VESTIGES GALACTIQUES

   La galaxie qui se trouve au centre de l’image ci-dessus et qui est strictement observée par la tranche s’appelle la galaxie de l’Écharde (NGC 5907), dite aussi galaxie de la lame de couteau (pour sa forme aiguisée). Découverte par William Herschel en 1788, elle est située à 43 millions d’années-lumière, en regard de la constellation du Dragon.

   Ce qui la rend un peu particulière, c’est la présence de vastes courants stellaires qui paraissent l’encercler : ces formes arquées s’éloignent jusqu’à plus de 150 000 années-lumière de la galaxie et sont à l’évidence le fruit de forces gravitationnelles. Mais d’où viennent ces étranges rubans qui dessinent ces circonvolutions tout autour de la galaxie de l’Écharde ?

   Il s’agit des restes d’une galaxie naine, en fait les débris de celle-ci, qui fut désagrégée puis absorbée par la galaxie principale il y a plus de 4 milliards d’années : il ne reste donc plus de l’ancienne galaxie satellite qu’une image fantomatique…

   Ce cliché rare de la galaxie de l’Écharde montre une fois de plus ce que nous savons déjà : les galaxies se forment et grossissent par absorption de galaxies plus petites jusqu’à ce que ne restent plus dans le groupe galactique que deux (ou trois) géantes qui finiront par fusionner pour n’en former plus qu’une : ce qui arrivera dans environ cinq milliards d’années à notre Voie lactée associée à la galaxie d’Andromède.

Crédit image : R Jay Gabany (Blackbird Observatory), Nouveau-Mexique (USA)

GALAXIE À NOYAU POLAIRE

   Découverte par William Herschel en 1784 et située à environ 40 millions d’années-lumière de nous, en regard de l’extrémité de la constellation des Poissons, NGC 660 affiche une apparence assez particulière comme on peut le voir sur l’image ci-après. Ce type de galaxies plutôt rare est appelé « à anneau polaire » parce qu’un anneau formé de gaz et d’étoiles tourne autour de ses pôles à la perpendiculaire du plan galactique principal ce qui donne à l’ensemble une forme de croix.

  Comme précédemment avec la galaxie de l’Écharde et ses reliquats fantomatiques, on pense que c’est également une capture de matière qui est responsable de cette curieuse image, matière provenant ici d’une galaxie phagocytée par NGC 660. Des forces de gravitation gigantesques expliquent les nombreuses pouponnières d’étoiles rosées répandues tout au long de l’anneau (en fait plus grand que le disque lui-même et mesurant pas moins de 50 000 années-lumière).

   Un autre fait intéressant est à noter avec ce type de galaxies : on peut tenter d’apprécier les influences gravitationnelles respectives de la matière noire qui entoure à la fois le plan principal et l’anneau en calculant les vitesses de rotation spécifiques des deux immenses formations stellaires.

Image : crédit & copyright : CHART32 Team; Traitement - Johannes Schedler

(ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U).

HH24, NAISSANCE D’UNE ÉTOILE

   La photo ci-dessus, prise par le télescope spatial Hubble, pointe un objet de Herbig-Haro (ici HH24), c’est-à-dire une nébulosité en rapport avec la naissance d’une étoile. Situé à environ 1300 années-lumière de nous, HH 24 se trouve dans le nuage moléculaire d’Orion, une nébuleuse sombre de la ceinture d’Orion.

   L’étoile naissante (ou proto-étoile) n’est pas visible car cachée par un nuage de poussière et de gaz qui se comporte comme un disque d’accrétion en rotation : lorsque cette matière tombe sur la proto-étoile, celle-ci s’échauffe et d’immenses jets opposés apparaissent tout au long de l’axe de rotation de l’ensemble.

   On peut alors distinguer deux traits de feu qui traversent l’ensemble de la matière interstellaire proche en induisant une infinité d’ondes de choc. Vu de Hubble, on se croirait dans un décor de science-fiction…

Crédit Image : NASA, ESA, Hubble Heritage (STScI/AURA)/Hubble-Europe

ÉTOILES ET NÉBULEUSES DE POUSSIÈRE

   À environ 500 années-lumière de nous se trouve le bord nord d’une petite constellation de l’hémisphère sud nommée la Couronne australe, un endroit qui est une pouponnière d’étoiles. Toutefois, ces nouvelles étoiles ne sont pas directement observables parce que leur lumière est bloquée par de vastes nuages de poussière.

   Ce sont les nébuleuses par réflexion qu’elles provoquent - immenses nuages de lumière bleue observables sur la photo - qui les révèlent : ces nouvelles étoiles ne sont pas encore assez chaudes pour ioniser le nuage de poussière (et induire des nébuleuses par émission) mais suffisamment quand même pour disperser la lumière et rendre la poussière visible.

   Sur la gauche de l’image, on peut observer une petite nébuleuse jaune en émission et en réflexion (NGC 6729) qui entoure une jeune étoile variable, R Coronae Australis. Regardons encore un peu plus bas pour apercevoir de jeunes étoiles en formation dans leur cocon de poussière qui font jaillir des objets de Herbig-Haro (HH) comme ceux que nous évoquions précédemment.

   Il y a soixante ans, une partie des scientifiques doutait de la réalité de la création continue d’étoiles. Son chef de file était le brillant astronome anglais Fred Hoyle qui croyait à un « état stationnaire » de l’Univers : il alla jusqu’à se moquer de ses adversaires en qualifiant, lors d’une émission radiophonique restée célèbre, leur théorie de « Big bang », appellation qui eut le succès que l’on sait. Le télescope spatial Hubble, par le simple cliché que nous venons d’étudier, aurait immédiatement convaincu Fred Hoyle de son erreur et mis tout le monde d’accord.

Crédit image : Eric Coles et Martin Pugh

ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

LES TROUS NOIRS DES GALAXIES EN FUSION

   Sur l’image ci-dessus, on peut observer deux galaxies en train de fusionner, l’ensemble étant nommé ARP 299. Les scientifiques se sont servis des satellites NuSTAR et Chandra (rayons X) ainsi que du télescope spatial Hubble (lumière visible) pour étudier ce que pouvaient bien devenir les trous noirs respectifs des dites galaxies.

   Ces deux galaxies sont en collision, donc en rivalité gravitationnelle depuis plusieurs millions d’années et leurs trous noirs ne sont pas encore entrés en contact direct.

   Les observations montrent un fait intéressant : seul un des deux trous noirs fait son chemin vers l’autre (galaxie de gauche) : il traverse d’immenses zones de gaz et de poussière, émettant en conséquence des rayons X qui sont l’expression de l’absorption de matière (halo bleu, vert et rouge selon l’intensité de l’activité).

   Pour ce qui concerne la galaxie de droite, il existe aussi un rayonnement d’énergie mais uniquement produit à l’extérieur de l’horizon du trou noir.

   Lorsque la fusion des deux galaxies sera complète dans environ un milliard d’années, il ne subsistera qu’une seule galaxie dont le centre sera occupé par un trou noir supermassif. Il ne restera plus à cette galaxie - si cela est possible - que de fusionner avec une autre galaxie de son propre groupe local et ainsi de suite jusqu’à ce qu’il ne demeure plus qu’une seule galaxie géante. Le même processus est enclenché dans notre groupe local de galaxies avec la fusion programmée dans quatre à cinq milliards d’années de notre Voie lactée avec sa voisine, la galaxie géante Andromède (M31).

Crédit photo : NASA, JPL-Caltech, GSFC, Hubble, NuSTAR

LA NÉBULEUSE D’ORION, POUPONNIÈRE D’ÉTOILES

   La nébuleuse d’Orion 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 NGC 1976 (New General Catalog) et qu’on peut voir en plein centre de la constellation d’Orion (d’où son nom). 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-dessus.

   On peut y 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 NGC 1977, 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 M 42, est la nébuleuse NGC 1980. 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 NGC 1980 ont toutes moins de cinq millions d’années d’âge.

   À gauche de la nébuleuse bleue NGC 1977, on aperçoit des étoiles bleues qui appartiennent à une autre nébuleuse NGC 1981, 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 NGC 1977, 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.

Crédit & Copyright: Tony Hallas

GALAXIE SPIRALE COTONNEUSE NGC 4414 ET MATIÉRE NOIRE

   Un tiers des galaxies spirales appartient au groupe dit des galaxies spirales cotonneuses. En quoi une spirale cotonneuse est-elle différente d’une spirale plus classique comme notre Voie lactée ? Eh bien, chez une cotonneuse, les bras spiraux n’existent pas de façon individuelle ou bien sont irréguliers ou discontinus. (voir l’image ci-dessus de la galaxie cotonneuse NGC 4414 par le télescope spatial Hubble). Ces objets font partie des galaxies spirales irrégulières.

   La spirale cotonneuse NGC 4414 est située approximativement à 62 millions d’années-lumière de nous, en regard de la constellation de la Chevelure de Bérénice et elle est d’une taille d’environ moitié moindre que celle de la Voie lactée. Ce qu’il est particulièrement intéressant de noter, c’est que les étoiles situées près du bord (visible) de la galaxie tournent beaucoup plus vite que ne le voudrait la seule présence de la matière visible : il faut donc un autre intervenant pour expliquer cette étrangeté et c’est bien sûr la présence d’une importante quantité de matière noire qui vient à l’esprit.

   Depuis les années 1930, les scientifiques se sont en effet acharnés à calculer les vitesses de rotation des étoiles dans les galaxies et ils ont pu constater que cette vitesse ne diminue pas comme elle devrait au fur et à mesure que l’on s’éloigne du centre galactique : il existe donc un halo invisible entourant la galaxie qui, au total, est bien plus grosse que ce que l’on voit (ou croit voir). Cette matière noire ne pouvant en aucun cas se trouver dans le disque galactique lui-même (le mouvement des étoiles en montrerait les signes indirects), ce sont ces halos (prolongeant celui visible de la galaxie ou, parfois, perpendiculaire à lui) qui sont les objets de toutes les recherches.

   Le galaxies spirales cotonneuses, par leur compacité apparente, sont un moyen différent d’apprécier la distribution des deux matières visible et noire.

Crédit : NASA, ESA, W. Freedman (U. Chicago) et al., & the Hubble Heritage Team (AURA/STScI), SDSS; Traitement: Judy Schmidt

RS PUPPI, VRAIE CÉPHÉIDE DANS LA VOIE LACTÉE

   Une céphéide est une étoile géante ou supergéante de couleur jaune dont la masse représente entre 4 à 15 fois celle du Soleil tandis qu'elle est de 100 à 300 000 fois plus lumineuse que lui. Sa caractéristique principale est que son éclat varie de manière périodique de 0,1 à 2 magnitudes (la magnitude est l’éclat apparent d’une étoile) selon une période fixe comprise entre 1 et 100 jours. C'est d'ailleurs la raison pour laquelle les céphéides sont également appelées « étoiles variables », le terme céphéide provenant de la première d'entre elles découverte dans la constellation de Céphée.

   Au centre de l’image ci-dessus resplendit l’extraordinaire RS Puppi (constellation de la Poupe, hémisphère sud) trônant au centre d’une immense nébuleuse par réflexion. Dix fois plus massive que le Soleil, elle est 15 000 fois plus lumineuse. RS Puppi est une céphéide variant de façon totalement régulière sur une période de 40 jours. Ces changements de nébulosité si constants permettent par certaines méthodes (mesure du retard et de la taille angulaire de la nébuleuse) de déterminer exactement la distance de l’étoile : ici, 6 500 années-lumière avec une marge d’erreur de moins de 90 années-lumière, c’est-à-dire très faible.

   C’est avec des céphéides comme celle-ci que les scientifiques ont pu déterminer les distances de l’univers (par la relation période-luminosité de Leawitt), et notamment la place de la Voie lactée dans le grand concert des galaxies.

Image : la céphéide RS Puppi (crédit-photo : Crédit : NASA, ESA, Hubble Heritage Team)

(photo : RS Puppi cepheides)

AMAS GLOBULAIRE 47 TUCANAE (NGC 104)

    L’objet que l’on peut voir sur l’image ci-dessus est un amas globulaire. Ce type de structure est celui d’un amas stellaire très dense, contenant typiquement plusieurs centaines de milliers d'étoiles. Celles-ci sont généralement des géantes rouges mais certains de ces amas contiennent des géantes bleues (les traînards bleus) qui sont des étoiles nouvellement formées, probablement par fusion d’étoiles plus anciennes sous la pression des forces gravitationnelles générées par la proximité de notre galaxie.

   Les amas globulaires, au nombre d’environ 150 à 200 autour de la Voie lactée, sont très anciens car ils ont été formés à peu près en même temps que notre galaxie, il y a environ 13 milliards d’années, peu de temps après le Big bang.

  L’amas 47 Tucanae (ou 47 Tuc) de la photo est un superbe objet astronomique visible dans l’hémisphère sud, en regard de la constellation du Toucan et à proximité de la petite galaxie satellite, le Petit Nuage de Magellan. Situé à 13 000 années-lumière de nous, sa proximité avec le Petit Nuage n’est bien sûr qu’apparente, celui-ci se situant bien au-delà, à environ 210 000 années-lumière. 147 Tuc, très dense, contient plusieurs millions d’étoiles s’étalant sur moins de 120 années-lumière : pour un éventuel habitant d’un système stellaire local, les nuits doivent être particulièrement brillantes…

   Le cœur de 47 Tuc est spécialement étincelant, marqué à sa périphérie par de nombreuses géantes rouges qui confèrent à l’ensemble un éclat jaunâtre.

Image : crédit & copyright: Ivan Eder (NASA)

DES FANTÔMES DANS L’ESPACE

   Si nos grands anciens avaient possédé les instruments de notre époque et qu’ils aient alors regardé en direction de Cassiopée, ils auraient été effrayés de découvrir dans les cieux des formes étranges, tels ces fantômes comme sortis du néant (voir photo ci-dessus). Il s’agit en fait des nuages IC 63 (à droite) et IC 59 (à gauche).

   Ils ne sont éloignés de nous que de 600 années-lumière ce qui est peu à l’échelle du cosmos (mais immense à l’échelle humaine puisqu’il faudrait, dans le meilleur des cas, plus de 3000 ans pour se rendre sur place à partir de la Terre). C’est la géante bleue Gamma Cassiopae, cataloguée en tant qu’étoile variable irrégulière, qui éclaire la scène.

   Le nuage de gauche apparaît en bleu en raison de la poussière réfléchie par les étoiles environnantes tandis que le nuage de gauche, de teinte rouge, témoigne de l’action ultraviolette de Gamma Cassiopae, plus proche puisque à moins de quatre années-lumière de lui. L’ensemble étoile et nuages fantomatiques s’étend sur environ 10 années-lumière.

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Crédit -image : Ken Crawford (Rancho Del Sol Obs.)

ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

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mise à jour : 27 mars 2023

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

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

Les fusions de galaxies sont nombreuses dans l’univers

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

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

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

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

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

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

Andromède – Voie lactée, réellement une collision ?

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

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

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

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

Et la Terre dans tout ça ?

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

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

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

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

Sources

* Encyclopaedia Universalis

* https://trustmyscience.com

* Wikipedia France :  fr.wikipedia.org/

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

Images :

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

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

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

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

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

6. galaxie géante (sources : pinterest.com)

Sujets apparentés sur le blog

1. mort d'une étoile

2. les galaxies 

3. la Voie lactée 

4. la mort du système solaire

5. la galaxie d'Andromède 

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mise à jour : 27 mars 2023

Voici quelques courts articles parus sur le site Facebook du blog

MORT D’UNE GALAXIE

   Comme les étoiles, les galaxies, elles aussi, peuvent mourir et cela sans être forcément absorbées par une rivale. C'est le cas de la galaxie NGC 1277 située à environ 240 millions d'années-lumière de nous, en regard de la constellation de Persée.

     Cette galaxie lenticulaire, quatre fois plus petite que la Voie lactée mais renfermant deux fois plus d'étoiles qu'elle, n'a en réalité pas créé une seule étoile depuis 10 milliards d'années ! On parle alors "de galaxie relique" ou de galaxie rouge et morte (rouge car elle ne contient aucune nouvelle étoile bleue, seulement de vieilles étoiles rouges en fin de vie).

     Pourquoi cette absence de naissances stellaires ? L'hypothèse souvent avancée est qu'elle a épuisé toutes ses nébuleuses gazeuses en créant d'un coup des milliards d'étoiles au début de sa vie. Une autre hypothèse incrimine sa vitesse excessive (trois millions de km par heure) qui l'empêche d'attirer le gaz des galaxies voisines qu’elle rencontre dans son groupe local...

     Quoi qu'il en soit, cette galaxie intéresse fortement les scientifiques puisqu'elle est, en quelque sorte, un reliquat de l'enfance de l'Univers, la plus "jeune" de ses étoiles étant plus âgée que notre Soleil de 7 milliards d'années. À noter la présence en son centre d'un gigantesque trou noir de 17 milliards de masses solaires, bien trop gros d'après les spécialistes pour la taille de la galaxie : une coïncidence ?

Image : la galaxie NGC 1277 (sources : theweek.co.uk)

L'ÉTOILE LA PLUS LOINTAINE OBSERVÉE

     Nous avons déjà évoqué le phénomène de lentille gravitationnelle : grâce au positionnement d'une énorme masse (comme, par exemple, une galaxie) entre lui et un observateur, un objet très éloigné et qui ne devrait pas être visible, le devient tout à coup en raison d'un effet de loupe ; en pareil cas, en effet, cette énorme masse gravitationnelle dévie les rayons lumineux qui composent l'image de l'objet en arrière-plan et, du coup, l'objet devient perceptible. C'est même grâce à un phénomène de ce genre qu’Einstein put prouver le bien-fondé de sa théorie de la relativité générale en 1919.

     Eh bien, une énorme masse se tient entre nous et une étoile fort lointaine : l'amas de galaxies MACS J1149.6+2223. Du coup, le télescope spatial Hubble a pu prendre en photo l'image amplifiée 2000 fois d'une étoile supergéante bleue baptisée Icare, une étoile située à près de 9 milliards d'années-lumière du système solaire. On peut dire aussi que les photons lumineux provenant de cette étoile nous la montrent comme elle était il y 9 milliards d'années.

     Une supergéante bleue est donc l'étoile la plus lointaine jamais observée par l'Homme. Une étoile qui, compte tenu de sa nature, a toutes les chances d'être morte aujourd'hui mais nous n’en aurons la certitude que dans des milliards d’années… Oui, en astronomie, regarder dans le lointain de l'Univers, c'est toujours regarder dans le passé.

Photo : l'étoile Icare est indiquée par la flèche (sources : © Nasa/ESA/STScI)

LA GALAXIE DU CHAS DE L’AIGUILLE (NGC 247)

     Lorsqu’on observe l’image de NGC 247, galaxie spirale située en regard de la constellation de la Baleine (hémisphère sud) et vue quasiment par la tranche, on est frappé par l’immense tache sombre qui semble indiquer une cavité géante sur son bord gauche. C’est la raison pour laquelle elle est surnommée la galaxie du Chas de l’Aiguille (« Needle's Eye galaxy - l’œil de l’aiguille » pour les anglo-saxons).

     Elle se trouve relativement proche de nous (11 millions d’années-lumière) au point qu’elle subit l’attraction de notre groupe local ; elle fait partie de l’ensemble de galaxies dit du « filament du sculpteur ». Découverte - comme tant d’autres - par William Herschel en 1784, elle en réalité difficile à observer et donc assez peu connue.

     Quelle est donc la nature de cette immense cavité, le chas de l’aiguille ? Eh bien, c’est en fait un grand vide qui traduit une absence de gaz et donc de formation de nouvelles étoiles d’où l’aspect moins brillant de l’endroit.

     À gauche et en dessous de NGC 247, on peut observer quatre galaxies parfaitement alignées : c’est un groupe appelé la chaîne de Burbidge mais en réalité bien plus éloigné puisque à plus de 300 millions d’années-lumière. Il convient de noter le pont de matière qui unit les deux galaxies les plus à gauche et qui traduit de fortes interactions gravitationnelles.

Image = crédit & copyright : CHART32 Team ; traitement : Johannes Schedler

Sources = ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

RIDELLES GALACTIQUES

     Découverte en 1784 par William Herschel, en regard de la constellation des Poissons à environ 100 millions d’années-lumière de nous, la galaxie NGC 474, longue de 250 000 années-lumière, présente une forme très particulière. En effet, de nombreuses strates dessinent des figures en forme de coquilles (voir photo) dans son halo (c’est-à-dire l’espace qui entoure une galaxie spirale comme elle, espace sphéroïdal riche en matière noire et vieilles étoiles) : ces figures géométriques ressemblent aux rides provoquées par un caillou à la surface d’un lac. Quelle pourrait en être l’origine ?

     Les scientifiques pensent à deux explications possibles : 1. Ces strates pourraient être dues à des phénomènes de traîne gravitationnelle provoqués par des débris en rapport avec l’absorption au cours des milliards d’années précédents de petites galaxies satellites.

     Une autre explication pourrait être : 2. La présence de la galaxie NGC 470 (découverte également par Herschel) qu’on voit à droite sur la photo et dont la proximité indique qu’elle est en interaction gravitationnelle avec NGC 474, les deux galaxies étant entrées en collision.

     En tout cas, une chose est certaine : contrairement à l’idée antérieurement reçue, les halos galactiques ne sont pas toujours planes et homogènes puisque des irrégularités (interactions ou accrétions galactiques) induisent fréquemment des images bien plus complexes. Et c’est certainement le cas de notre propre galaxie, la Voie lactée.

Crédit photo : Mischa Schirmer

ASD / NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

LES COLÈRES DE PROXIMA DU CENTAURE

     Les étoiles les plus proches de nous font partie du système de Alpha du Centaure composé d’une étoile double (couple central A et B) et d’un système planétaire dominé par une naine rouge : celle-ci est appelée Proxima car c’est l’objet le plus proche du système solaire (4,23 années-lumière). Autour de cette naine rouge tourne au moins une planète, Proxima Centauri b.

     Bien entendu, vu cette proximité (relative puisque la lumière met plus de quatre ans à nous relier au Centaure et l’engin le plus rapide conçu par l’homme mettrait au moins 10 à 15 ans), on a souvent fantasmé sur une éventuelle planète de type terrestre qui serait susceptible d’accueillir dans le futur une population de type terrien.

     Évidemment, il s’agit ici d’un pâle soleil et on ne sait rien de l’éventuelle habitabilité de sa planète Proxima b. Mais voilà que les choses se compliquent sérieusement. Le 24 mars 2017, la petite naine rouge est soudain entrée en éruption, émettant à son maximum (durant 10 secondes) 1000 fois plus d’énergie que d’ordinaire. Et - après observation des archives concernées - on s’est rendu compte que ce n’était pas la première fois que Proxima du Centaure se comportait ainsi. Comme toutes les naines rouges qui peuvent pourtant vivre des centaines de milliards d’années, leur intense champ magnétique les condamne à des colères mémorables.

     Et si l’on avait déjà colonisé Proxima b, la planète qui tourne autour de la naine rouge ? La débauche d’énergie aurait été cataclysmique… jusqu’à potentiellement souffler l’atmosphère da la planète et ses éventuels océans. Et même si la planète, pourvue par exemple d’une épaisse atmosphère, avait résisté, on peine à imaginer les conséquences pour la si fragile vie biologique que nous sommes. Décidément, la Terre, ce n’est pas si mal : on devrait songer à mieux la protéger !

Image : vue d’artiste de la planète Proxima Centauri b (sources : astronomy.com)

LA ROUE DU CHARIOT

     À quoi peut bien être due cette forme étrange pour une galaxie ? Située à environ 150 000 années-lumière de nous, en regard de la constellation du Sculpteur, cette galaxie lenticulaire a été pour la première fois décrite par l’astronome suisse Fred Zwicky (celui qui, le premier, évoqua la matière noire). Et - l’image en fait foi - elle présente un aspect plutôt inhabituel, en forme de roue.

     On peut en effet distinguer un anneau bleu extérieur, gigantesque ondulation, riche en ultra-violets et étoiles jeunes massives tandis que plus vers l’intérieur le rose indique des régions à rayons X riches en systèmes multiples. Au centre, l’anneau orange est une combinaison de lumière visible et d’infrarouge et c’est la seconde ondulation visible. Plus au centre encore, on trouve les étoiles plus âgées.

     Les deux gigantesques ondulations que nous venons de décrire sont la conséquence d’un choc galactique (comme lorsqu’on lance un caillou à la surface d’un lac). Une galaxie plus petite a traversé la plus grande et les énormes forces de gravitation ont conduit à la création de ces immenses ondulations qui ont restructuré la galaxie principale jusqu’à lui donner cet aspect de roue.

     Il est important d’ajouter que, en dépit du fait que dans chaque galaxie, il y a des centaines de milliards d’étoiles, l’espace est si grand qu’aucune de celles-ci n’a heurté une autre : les galaxies se sont interpénétrées mais seule la gravitation a modifié leur aspect général. C’est ce qui arrivera dans 3 à 4 milliards d’années à notre Voie lactée lorsqu’elle fusionnera avec sa voisine, la grande galaxie d’Andromède, M31.

Image (fausses couleurs) : la galaxie du Chariot

Crédits : slideplayer.fr

LA BEAUTÉ DE LA NÉBULEUSE TRIFIDE

     Une nébuleuse est un ensemble de poussière et de gaz situé dans notre galaxie et qui est, lorsqu'il est suffisamment important, souvent le siège de formation d'étoiles. La nébuleuse Trifide M20 dont on peut admirer l'image ci-dessus en est un bon exemple.

     Pourquoi cette appellation de Trifide ? parce que la nébuleuse est trilobée et que trifide signifie "partagé en trois" (Ceux qui répugnent aux anglicismes peuvent aussi l'appeler la nébuleuse du Trèfle). Elle a été découverte par l'astronome français Guillaume Le Gentil en 1750 mais officiellement baptisée quelques années plus tard par l'astronome britannique John Herschel (le fils de William souvent cité ici).

     Quoi qu'il en soit, la nébuleuse est située à environ 5000 années-lumière de nous, en regard de la constellation du Sagittaire et, mesurant près de 40 années-lumière, c'est bien une pouponnière d'étoiles. Un système stellaire multiple d'au moins trois étoiles occupe son centre.

     Ce qui rend cette nébuleuse vraiment intéressante, c'est qu'elle représente à elle seule les trois genres différents de nébuleuses : 1. les nébuleuse par émission (rouges car dominées par la lueur des atomes d'hydrogène); 2. les nébuleuses par réflexion dont la poussière renvoie la lumière à dominante bleue des étoiles (ici du système multiple) et 3. les nébuleuses obscures noircies par des bancs de poussière. La nébuleuse Trifide est tout cela à la fois.

Crédit image : Máximo Ruiz

ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

BIZARRERIES PLANÉTAIRES

     Observant par hasard un coin d'espace situé en regard de la constellation de la Coupe, les scientifiques ont découvert deux planètes isolées tournant l'une autour de l'autre... Ce système double tout à fait particulier est situé à environ 160 années-lumière de nous mais est surtout dépourvu de la moindre étoile !

     Les deux planètes sont distantes l'une de l'autre de 3,7 fois la distance Terre-Soleil et elles font le tour l'une de l'autre en 90 ans. Ce qui rend cet assemblage si particulier est que l'étoile la plus proche de lui est à plus de 16 années-lumière.

     Les scientifiques ont bien sûr envisagé le fait qu'il s'agisse en réalité de deux naines brunes, ces étoiles trop petites pour enclencher une réaction nucléaire et ainsi s'allumer. Toutefois, cette hypothèse a été rejetée car ces objets sont trop petits : pour être catalogués comme naine brune ou protoétoile, ils devraient être d'une masse d’environ 13 à 70 fois celle de Jupiter (selon les critères de l'Union Internationale d'Astronomie) mais chacune des planètes a une masse de moins de 7 fois celle de notre géante gazeuse. Il s'agit donc bien d'exoplanètes.

     D'où peuvent-elles bien provenir ? Plusieurs hypothèses sont envisagées dont la plus vraisemblable est qu'elles ont été "chassées" d'un système stellaire par une planète encore plus grosse qu'elles. C'est en tout cas la première fois qu'on découvre une si bizarre association.

Images : vue d’artiste d'un système binaire de planètes (sources : readtiger.com)

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mise à jour : 27 mars 2023

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

Hertzsprung - Russell qui répertorie la vie des étoiles. 

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

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

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

LES SUPERGEANTES ROUGES

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

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

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

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

LA SUPERGEANTE ROUGE BETELGEUSE

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

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

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

L’ÉTRANGE COMPORTEMENT DE BÉTELGEUSE

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

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

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

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

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

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

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

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

Que nous apprend Bételgeuse sur les étoiles de ce type ?

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

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

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

Sources

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

* Encyclopaedia Universalis

* https://trustmyscience.com

* Wikipedia France :  fr.wikipedia.org/

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

Images :

1. Bételgeuse (crédits : pressreader.com)

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

3. vents stellaires (crédits : cidehom.com)

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

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

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

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

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

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

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mise à jour : 27 mars 2023

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

Retour sur les galaxies

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

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

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

Les galaxies primordiales

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