astronomie

     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.

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

Évolution des galaxies

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

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

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

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

Les amas de galaxies

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

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

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

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

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

Le Groupe Local

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

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

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

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

Un Univers immense et structuré que nous commençons seulement à appréhender

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

Sources :

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

* Wikipedia France : fr.wikipedia.org/

* Encyclopaedia Universalis

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

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

* le superamas Laniakea in www.astronomes.com/

Images :

* superamas Laniakae (sources : cosmovisions.com)

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

* galaxie primordiale (sources : dailygalaxy.com)

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

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

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

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

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

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

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mise à jour 27 mars 2023

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

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

Le temps des nébuleuses

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

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

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

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

Une galaxie comme les autres ?

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

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

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

Une structure presque classique

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Le cannibalisme d’Andromède

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

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

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

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

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

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

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

L’avenir du groupe local

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

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

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

La Voie lactée et Andromède presque sœurs

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

Sources :

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

Images :

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

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

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mise à jour : 8 décembre 2024

Voici quelques courts articles parus sur le site Facebook du blog

LA MATIÈRE NOIRE, CETTE INCONNUE

     Nous évoquions il y a peu la matière noire de l'Univers, invisible mais seule à même d'expliquer les anomalies gravitationnelles des galaxies dans leurs parties visibles : celles-ci tournent en effet trop vite sur elles-mêmes ce qui sous entend la présence d'un élément supplémentaire baptisé matière noire (représentant 25 % de l'Univers contre 3% pour la matière visible, c'est-à-dire galaxies, nuages de gaz, etc.).

     Des chercheurs de l'université de Waterloo (Ontario - Canada) affirment avoir obtenu une image composite de cette fameuse matière noire en exploitant les clichés de 23 000 galaxies situées à 4,5 milliards d'années-lumière (voir l'image ci-dessus). Leur procédé ? Capter les infimes déformations des images galactiques lointaines sous l'influence de masses inconnues (par la technique des lentilles gravitationnelles que nous avons déjà évoquée).

     Les scientifiques de Waterloo en sont certains : non seulement la matière noire existe mais elle s'étend d'une galaxie à l'autre en des sortes d'immenses filets et ce d'autant plus que les galaxies sont plus proches les unes des autres.  Même si cette découverte ne remet nullement en cause le modèle standard de l'Univers actuellement en vigueur (bien au contraire puisqu'il prédisait les filaments de matière noire en question), elle ne nous apprend pas grand chose sur la dite matière noire... mais seulement qu'elle existe et ce n'est déjà pas si mal !

voir aussi l'article : matière noire et énergie sombre

BULLE CÉLESTE

     Dans la constellation du Grand Chien, à environ 5200 années-lumière de nous, gonfle une énorme bulle cosmique. Énorme, en effet, puisqu'elle couvre 2/3 de degré sur le ciel (1/2 degré pour la pleine Lune). Rapportée à sa distance, la bulle (nommée Sharpless 2-308) s'étend en réalité sur près de soixante années-lumière.

     L'origine de cet objet plutôt spectaculaire est une étoile géante bleue qui est sur le point de se transformer en supernova (pour les initiés, on  parle alors ici d'une étoile de Wolf-Rayet). Dans quelques milliers d'années, en explosant, cette étoile illuminera toute la galaxie au point, vu de l'extérieur, d'effacer la luminosité des milliards d'étoiles qui l'entourent.

     Sur la photo, l'étoile en question est celle qui se trouve près du centre de la bulle. Elle expulse par à-coups de la matière qui vient balayer celle déjà émise : les vents solaires provoqués par l'étoile dispersent alors l'ensemble sous la forme de cette nébuleuse concentrique. Le phénomène dure depuis environ 70 000 ans et lorsque l'on dit que la géante bleue est sur le point d'exploser, il faut bien sûr comprendre qu'on parle en termes astronomiques et en aucun cas par comparaison à la durée d'une vie humaine.

     À quelques années-lumière de distance du phénomène, le spectacle doit être féérique mais il vaudra mieux ne pas être là lorsque la supernova explosera.

Image : la nébuleuse Sharpless 2-308
Crédits :Anis Abdul (ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U)

voir aussi l'article : étoiles géantes

LE GRAND VIDE DE L'ESPACE

     La physique quantique l'affirme : le vide ne peut jamais être totalement vide car le vide intégral, total, absolu n'existe pas ! À l'échelon macroscopique toutefois l'affaire semble différente car, entre les étoiles et plus encore entre les galaxies, il semble bien n’exister que… rien, du néant, du vide... sauf que ce vide, ici aussi, n'est pas total puisqu'on estime que, entre les galaxies, on trouve environ 10 atomes par mètre-cube, 100 000 fois moins que dans le vide entre les étoiles (vide interstellaire).

      Le vide interstellaire (ou intersidéral) contient donc de la matière, certes fort diluée, mais parfois dense à certains endroits comme dans les nuages de gaz ou de poussières. Cette matière participe à la création de nouvelles étoiles et, de temps à autre, ce sont les restes d'une étoile antérieure qui contribuent à inséminer le futur du cosmos.

     Sur la photo ci-dessus, on peut voir l’image du rémanent (l’enveloppe externe de l’étoile projetée dans l’espace) d’une supernova appelée Puppis A. Cet objet était situé à 7 000 années-lumière de nous et il termina sa vie il y a 3 700 ans. Le rémanent forme une espèce de coquille pas tout à fait sphérique et est occupé en son centre par une étoile à neutrons (le reste central de l'étoile) qui explique le fort rayonnement X toujours perceptible malgré le temps passé. Le rémanent continue de s’étendre en se diluant et occupe à présent près de 60 années-lumière de large.

     Sur l'image du rémanent de Puppis A, on peut distinguer en rouge l'hydrogène et l'azote tandis que, en bleu, on aperçoit des fibrilles d’atomes d’oxygène choqués. Tous ces éléments sont susceptibles d’être réutilisés pour construire de nouveaux astres. Non, décidément, l’espace intersidéral n’est pas vide.

Image Crédit & Copyright: Don Goldman, ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

M7, L'AMAS DE PTOLÉMÉE

     Déjà observé par Ptolémée et décrit par lui en 130 après J.C., cet amas est dit "ouvert". Rappelons que ce type d'objets associe quelques centaines d'étoiles, toutes nées à partir d'un même grand nuage de poussière et de gaz (ce qu'on appelle une nébuleuse diffuse). De ce fait, ces étoiles sont très semblables en âge et en composition chimique et seules leurs tailles respectives les différencient. La proportion d'étoiles bleues, jaunes ou rouges permet d'estimer l'âge de l'amas (plus il y d'étoiles bleues, plus ils sont jeunes). Peu à peu, ces étoiles sont amenées à se séparer et à vivre leurs vies de façon indépendante.

     Il existe, à l'inverse, des amas dits "fermés" en ce sens que les quelques millions d'étoiles qui les composent se répartissent sur une zone réduite d'où les fortes liaisons gravitationnelles : ceux-ci (environ 200 pour la Voie lactée) sont nés en même temps qu'elle.

     Mais revenons à M7. D'après les spécialistes, c'est l'un des plus beaux amas que l'on puisse contempler. Il se situe dans la queue de la constellation du Scorpion et est dominé par de brillantes étoiles bleues ce qui souligne sa jeunesse (les scientifiques lui accordent environ 200 millions d'années ce qui situe sa naissance à l'heure des dinosaures sur Terre). Il est situé à environ 1000 années-lumière de nous et son diamètre est de 25 années-lumière.

     Pour obtenir l'image ci-après, il a fallu un très long temps d'exposition ce qui explique l'importance des poussières et surtout la présence de millions d'étoiles en arrière-plan (la vue est en direction du centre de la galaxie).

Photo : M7, amas ouvert dans le Scorpion

Crédit & Copyright: Roberto Colombari),ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

voir aussi l'article : amas globulaires et traînards bleus

LA GALAXIE DU MARSOUIN

     On oppose souvent les galaxies spirales (comme notre Voie lactée avec ses bras spiraux) et les galaxies elliptiques en forme de ballon de rugby, plus anciennes et donc composées d'étoiles plus âgées.

     À environ 300 millions d'années-lumière de nous, dans la constellation de l'Hydre, existe le système dit de Arp 142 qui associe deux galaxies, une spirale (NGC 2936) située en haut de la photo ci-après (prise par le télescope spatial Hubble) et une elliptique plus massive (NGC 2937) qui se trouve plus bas sur l'image.

     Toutefois, comme on peut le voir, la galaxie spirale a pris une drôle de forme : elle semble se dilacérer. Il y a plusieurs centaines de millions d'années, elle devait être une spirale tout à fait classique mais elle a été attirée vers la galaxie elliptique par d'extraordinaires forces gravitationnelles. Du coup, elle en est toute déformée. Dans quelques dizaines de millions d'années, ces deux galaxies vont fusionner.

     En raison de sa forme, on a baptisé la galaxie spirale déformée la galaxie du marsouin tandis que l'ensemble des deux (Arp 142) est comparé à un pingouin qui protégerait son œuf. À noter que le "bec du marsouin" est particulièrement bleu ce qui s'explique par la création de nombreuses étoiles en raison des forces de gravité. Dans tous les groupes de galaxies, si celles-ci sont suffisamment proches les unes des autres, elles s'attirent afin de ne plus former à terme qu'une seule et immense galaxie. Ce sera également le sort de la Voie lactée, de la galaxie d'Andromède et des quarante à soixante galaxies qui composent notre propre groupe local.

photo : NASA, ESA, Hubble, HLA; retraitement & Copyright: Raul Villaverde

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voir aussi l'article : les galaxies cannibales

LA PLUS LOINTAINE GALAXIE DU GROUPE LOCAL

     Les milliards de galaxies qui peuplent l'Univers s'éloignent de nous. Toutes ? Pas tout à fait : une cinquantaine d'entre elles (dont la galaxie d'Andromède) sont liées à notre Voie lactée par les forces gravitationnelles (ce qui est impossible pour les autres qui sont trop éloignées). Ce groupe d'environ cinquante galaxies dont la nôtre est appelé le groupe local.

     À environ 3 millions d'années-lumière de nous, en regard de la constellation de la Baleine, on peut apercevoir une galaxie naine solitaire baptisée WLM, du nom des trois astronomes, Wolf, Lundmark et Melotte, qui l'ont découverte. Elle est si éloignée que, pour certains scientifiques, elle n'a peut-être jamais interagi avec les autres galaxies du groupe. Pour d'autres (les plus nombreux), elle fait bien partie de notre groupe tant les distances avec les autres galaxies de l'Univers sont gigantesques et du fait qu'elle ne s'éloigne pas de nous.

     Quoi qu'il en soit, elle possède bien des lieux de formation d'étoiles trahis par leur teinte rosée tandis qu'on trouve à proximité des flopées d'étoiles jeunes et bleues. En revanche, le halo central (d'environ 8000 années-lumière) est, comme cela est prévisible, composé d'étoiles plus anciennes dont la coloration globale tend vers le rouge.

    À terme, WLM rejoindra l'énorme galaxie qui sera formée par la jonction des galaxies du groupe local mais dans bien longtemps puisque la fusion de la Voie lactée et d'Andromède n'est pas prévue avant 3 à 4 milliards d'années : la supergalaxie résultante (déjà baptisée Milkdromeda - en français, Milkomède) pourra alors "attirer" WLM pour l'inclure dans sa population centrale de milliers de milliards d'étoiles...

Image : la galaxie WLM photographiée par l'OmegaCam de l'Observatoire européen austral du Paranal
Crédits : ESO, VST/Omegacam Local Group Survey
 

FAIRE DU NEUF AVEC DU VIEUX

     La vue ci-dessus pointe sur l'amas de galaxie Abell 3574 qui se trouve en regard de la constellation du Centaure. Au centre de la photo, à environ 200 millions d'années-lumière de notre Voie lactée, on peut distinguer une galaxie nommée NGC 5291 et un objet proche appelé galaxie du Coquillage. Plus bas on aperçoit des trainées gravitationnelles constellées de petites condensations qui ont l'allure de galaxies naines mais, fait significatif, ces condensations ne possèdent pas d'étoiles anciennes : les étoiles jeunes y sont largement prédominantes et on peut également y voir des pouponnières d'étoiles. Pourquoi cet aspect plutôt étrange ? Parce qu'il s'agit en réalité de la conséquence d'une collision ancienne entre galaxies et les condensations, anormalement riches en éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, sont très certainement le résultat du recyclage des débris issus de NGC 5291. Comme quoi, dans le cosmos, rien ne se perd jamais vraiment...

Crédit image : eternosaprendizes.com.
 

NÉBULEUSE DE L'ESQUIMAU

    Située dans la constellation des Gémeaux et à 3 750 années-lumière de la Terre, cette nébuleuse planétaire est visible avec de petits instruments voire une très bonne paire de jumelles mais c'est avec le télescope spatial Hubble qu'elle prend toute sa signification (photo ci-dessus). Certains en effet y devinent le visage d'un esquimau au sein de sa parka alors que d'autres décrivent un visage, en fait une tête de clown (deuxième appellation de la nébuleuse) souriante avec un gros nez.

     Nébuleuse planétaire ? En réalité, un tel objet n'a absolument rien à voir avec une planète : il s'agit là d'une ancienne appellation erronée (du temps où les lunettes d'observation étaient imprécises) qu'on a conservée par souci de continuité historique.

     Une nébuleuse planétaire est le stade où une "petite" étoile (c'est-à-dire moins de huit fois la masse du Soleil) meurt, se transformant d'une étoile géante rouge boursouflée en un noyau résiduel appelé naine blanche.  Les couches externes de l'étoile mourante, illuminées par les rayons ultraviolets du rémanent central, sont expulsées à la vitesse de 50 km/s  ce qui donne des images évoluant rapidement au fil des dizaines d’années. Cette enveloppe externe possède des filaments, violemment soufflés par des vents de particules en provenance du centre, pouvant atteindre ici une année-lumière, longueur plutôt rare pour ce type d'événements. 

     L'étoile qui présente aujourd'hui cette image de nébuleuse était clairement de type solaire et le cataclysme pour elle se produisit il y a environ 10 000 ans.

     C'est William Herschel qui la mit en évidence en 1787. 1500 nébuleuses de ce type ont été à ce jour découvertes mais on estime leur nombre total dans la galaxie à plus de 50 000.

Crédit photo : Andrew Fruchter (STScI) et al., WFPC2, HST, NASA
 

ÉTOILES GÉANTES VOLATILES BLEUES

     Au milieu de nuages de poussière et visible un peu en haut et à droite du centre de la photo, on peut apercevoir l'étoile massive G79.29 0.46. Ce type d'étoiles est très rare dans la Galaxie (pas plus d'une centaine connues actuellement). Il s'agit d'étoiles supergéantes qui, ayant épuisé tout leur hydrogène (et donc sur le point de quitter la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russel ou venant juste de la quitter), se mettent à fusionner leur hélium, puis des corps plus lourds. Elles présentent la caractéristique d'expulser des coquilles de gaz équivalant en une centaine d'années à la masse de Jupiter et produisant de ce fait des vents stellaires extrêmement puissants incluant énormément de substance au point que leur corps central est totalement masqué, entouré par une bulle de matière. Intrinsèquement brillantes et bleues, ces étoiles sont donc si emmitouflées dans la poussière qu'elles ne sont pas observables dans le visible mais uniquement dans l'infrarouge. En réalité, cette phase ne dure pas longtemps (quelques centaines de milliers, voire un million d’années) avant qu’elles n’explosent en supernovas, une fois atteinte la transformation des métaux lourds en fer. Ces étoiles font, avec d'autres, partie des étoiles dites de Wolf-Rayet, en l’honneur des deux astronomes français qui les mirent en évidence au début du siècle dernier.

     Sur cette image (en couleurs retravaillées), l'étoile elle-même apparaît en vert et est entourée de coquilles rouges. G79.29 0.46 se trouve dans la région de formation d'étoiles Cygnus X de notre galaxie. G79.29 0.46 est extrêmement volatile mais on ne connait pas la raison de cette caractéristique de même qu'on ne sait pas à quel moment elle explosera en supernova.

Crédit image : NASA, Spitzer Space Telescope, WISE; Traitement & Licence : Judy Schmidt

voir aussi l'article : étoiles géantes

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mise à jour : 24 mars 2023

Voici quelques courts articles parus sur le site Facebook du blog

L'AMAS DES PLÉIADES

     Les Pléiades (M45 dans la classification de Messier) sont connues depuis la plus haute antiquité, le poète grec Hésiode les ayant déjà évoquées en 700 avant J-C ! Cet ensemble d'étoiles est connu parce que relativement proche de nous (environ 400 années-lumière) et visible, même au cœur des grandes métropoles de notre époque tellement parasitées par les lumières artificielles.

     Il s'agit d'un amas ouvert d'environ 3000 étoiles, situé dans la constellation du Taureau, dont on peut voir une dizaine d'éléments à l’œil nu selon la pureté du ciel. Il a été également baptisé "les sept sœurs" en référence aux 7 filles d’Atlas et Pléioné de la mythologie grecque : les étoiles les plus visibles portent d'ailleurs les noms de ces antiques déesses.

     Rappelons qu'un amas ouvert est un conglomérat d'étoiles nées ensemble et liées entre elles par des forces gravitationnelles assez faibles qui s'estompent avec le temps, rendant ainsi les étoiles indépendantes. Par opposition, les amas fermés sont des ensembles d'étoiles situés en dehors de la galaxie et, liés par une forte gravitation, ils tournent autour d'elle, au risque d'être à chaque passage "amputé" de quelques étoiles par l'attraction galactique (nous avons évoqué le dernier passage de l'un d'entre eux, Palomar 13, il y a quelques mois).

     Long d'environ 13 années-lumière ce qui est peu, l'amas des Pléiades est visible facilement parce que proche et, dans le ciel nocturne, il s'étend sur environ 2°, soit quatre fois le diamètre apparent de la Lune. On y a repéré des naines brunes, c'est à dire des étoiles trop petites pour s'être "allumées" (ce qui est logique puisqu'un amas ouvert est à l'origine une pouponnière d'étoiles).

     Sur la photo, on distingue les étoiles les plus brillantes de l'amas, entourées de nébuleuses par réflexion (le nuage de poussières dans l'amas). Ces aigrettes de diffraction sont générées par l'instrument d'observation mais, dans le cas présent, je trouve que cela renforce la beauté de l'image...

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

Image : l'amas ouvert des Pléiades (sources : Image Crédit & Copyright : Robert Gendler ; ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.)

LA NÉBULEUSE DE LA TÊTE DE CHEVAL BLEU

     Précisons d'emblée que cette nébuleuse dite "de la tête de cheval" n'est pas la plus célèbre connue sous un tel nom : la plus fameuse est en effet située dans la constellation d'Orion et a été maintes fois photographiée et étudiée. C'est la raison pour laquelle on précise ici "tête de cheval bleu".

    Sur l'image ci-après, on voit effectivement un nuage de poussière bleu rappelant une tête de cheval, d'où son nom. Identifiée sous le code IC 4592, cette nébuleuse est peu connue puisque difficile à photographier (il faut un long temps de pause) car elle est très peu lumineuse. Elle est située à plus de 400 années-lumière (436 exactement) de nous et est très étendue : il s'agit de ce que l'on appelle une "nébuleuse par réflexion".

     Qu'est-ce qu'une nébuleuse par réflexion (nous en avons déjà évoquées quelques unes) ? Eh bien, il s'agit de nuages de poussière qui réfléchissent la lumière des étoiles se trouvant près d'eux. Elles s'opposent aux nébuleuses par émission où les étoiles qui habitent celles-ci sont suffisamment chaudes et proches pour ioniser les gaz et poussière de la nébuleuse qui prennent alors des couleurs diverses selon leur composition.

    La nébuleuse de la tête de cheval bleue réfléchit principalement la lumière d'une étoile très brillante de la constellation du Scorpion, Nu Scorpii. Cette étoile est une supergéante bleue dont le nom commun est Jabbah (ou Jabah). En réalité, en approfondissant l'observation, on comprend qu’il s'agit d'un système stellaire quintuple (et peut-être même sextuple) associant deux groupes d'étoiles très proches l'un de l'autre et dominés par deux supergéantes bleues de type B2.

    On peut voir l'étoile Jabbah à l'emplacement supposé de l'œil de la tête de cheval bleue tandis qu'une deuxième nébuleuse par réflexion est visible à l'emplacement de l'oreille du cheval (IC 4601), juste après les deux autres étoiles bleues. À noter : pour cette photo, le nord est en bas et le sud en haut.

Pour en savoir plus : "étoiles doubles et systèmes multiples" 

Image : la nébuleuse de la tête de cheval bleue (crédits : Scott Rosen / ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U).

LES DENTELLES DU CYGNE

     Les dentelles du cygne (en anglais, Cygnus Loop) sont les restes d'une étoile ayant explosé il y a quelques milliers d'années dans la constellation du Cygne ; l'enveloppe externe de cette étoile s'est dispersée dans l'espace et on parle alors de rémanent de ce qui fut une supernova. C'est le télescope spatial Hubble qui a pris ce cliché il y a maintenant plus de 20 ans...

     Le nuage de gaz ionisé est ici vu par la tranche et il se déplace à la vitesse d'environ 150 km/sec. mais il ne s'agit que d'une petite partie de l'ensemble et sa luminosité est le résultat de l'excitation du gaz qui la compose. L'ensemble "des dentelles" est composé des grandes et petites dentelles ainsi que du triangle de Pickering que nous avons déjà évoqué il y a quelques mois.

     La photo qui illustre ce sujet est très particulière. En effet, s'il existe de nombreux clichés des "dentelles", celui-ci a servi aux scientifiques pour estimer à nouveau la distance et l'âge de cet objet astronomique : on sait à présent qu'il n'est situé qu' à 1440 années-lumière de nous et que son âge est d'un peu moins de 10 000 ans.

Image : les dentelles du Cygne (crédits : Robert Nemiroff (MTU) & Jerry Bonnell (UMCP) ; ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.)

LA COULEUR DES ÉTOILES

     Bien qu'apparaissant toutes blanc-jaune et clignotantes aux yeux de l'observateur amateur depuis la Terre, les étoiles sont en réalité de couleurs différentes : bleu, jaune, blanc, rouge, vert, etc. Prenons l'exemple de la supergéante rouge Antarès, de la constellation du Scorpion, (en fait une étoile double associant la supergéante rouge à une géante bleue vivant dans l'ombre de sa grande voisine). C'est une étoile si gigantesque que, à côté d'elle, le Soleil aurait l'air d'un nain. Cette étoile en fin de vie, dont le diamètre est 888 fois celui de notre étoile, est rouge car son enveloppe externe se dilate et donc se refroidit.

     Antarès, une des étoiles les plus brillantes du ciel, à partir du pôle inférieur de l’ensemble, illumine tous les nuages rouge-jaune situés en bas et à gauche de la photo ci-après. En revanche, les espaces tout à fait obscurs situés au centre et en haut de l'image sont des nuages de poussière éclairés par derrière qui, en arrêtant la lumière des étoiles situées encore plus loin, donnent cette impression d'encre de Chine.

    Dans la partie haute de la photo, on peut distinguer une nébuleuse par réflexion de couleur bleue au sein de laquelle resplendit l'étoile Rhô Ophiuchi (en fait un système quadruple de géantes bleues) située à 360 années-lumière de nous. Cette région est d'ailleurs une pouponnière d'étoiles.

    Revenons à Antarès. On aperçoit en bas et sur la droite de l'étoile un amas globulaire. Il s'agit de M 4, bien plus lointain puisque situé à 7195 années-lumière (contre 600 années-lumière pour Antarès) mais qui reste néanmoins l'amas globulaire le plus proche de la Terre.

    L'image de la NASA démontre s'il en était besoin la richesse des couleurs de l'Univers. Pourtant une partie de ces couleurs n'est pas accessible à l'œil humain, notamment dans l’infrarouge mais aussi en ultra-violet. L'Évolution n'a pas jugé nécessaire de sélectionner ces caractéristiques chez le grand primate qu'est l'Homme (qui n'en a sans doute guère besoin dans sa vie terrestre) mais devant un tel spectacle on peut vraiment le regretter.

Sur le blog : la couleur des étoiles 

Image :: Tom O'Donoghue (ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U)

L'AVENIR (LOINTAIN) DU SOLEIL

     Voici ci-dessus une intéressante photo de la nébuleuse de la Calebasse située à environ 5000 années-lumière de nous, dans la constellation de la Poupe : on y voit là la mort d'une étoile ressemblant à notre soleil, très vraisemblablement une naine jaune comme lui.

     Après avoir épuisé son carburant, l'hydrogène, qu'elle transformait en hélium, cette étoile est devenue une naine blanche pour sa partie centrale. En effet, jusque là les réactions nucléaires contrebalançaient ses pressions internes depuis des milliards d'années mais voilà que ce bel équilibre a été rompu : le centre de l'étoile s'est écrasé sur lui-même donnant naissance au cadavre d'étoile appelé naine blanche (de la taille d'une planète) qui mettra des milliards d'années à s'éteindre en naine noire tandis que son enveloppe externe a été expulsée dans l'espace à la vitesse d'un million de km/h pour donner la nébuleuse.

     Sur la photo, le centre de l'étoile mourante est caché par d'épais nuages de poussière et de gaz tandis que se développent les premiers stades de la nébuleuse planétaire. La vitesse de propagation du nuage de gaz est si forte qu'il existe un phénomène de ionisation de l'hydrogène et de l'azote (en bleu sur le cliché). Dans quelques centaines d'années, le nuage de gaz sera une classique nébuleuse bipolaire.

     Mais, dans environ 5 milliards d'années, à une époque où l'humanité et ses espoirs auront depuis bien longtemps disparu, le même phénomène arrivera au Soleil. Avant que des millions d'années plus tard encore ses restes soient peut-être en partie récupérés pour former une nouvelle étoile.

Sur le blog : "mort d'une étoile"

Crédits photo : NASA, ESA, Hubble, MAST; Remerciements: Judy Schmidt.

LA SUPERNOVA DE TYCHO BRAHE

   Tycho Brahe, scientifique danois, fut au XVIème siècle l'astronome le plus célèbre. Parmi ses nombreuses observations, l'objet de la photo ci-après est le rémanent de la supernova observée par l'illustre savant le 11 novembre 1572.

    Depuis la plus haute antiquité, les tenants des croyances religieuses soutenaient qu'un objet céleste nouveau ne pouvait apparaître qu'entre la Terre et la Lune mais pas au delà, domaine de l'immuable (axiome aristotélicien). Brahe prouva qu'il s'agissait bien d'une étoile, donc située au delà de la Lune : la religion avait donc tort et ce fut probablement un des deux ou trois événements les plus importants de l'histoire de l'astronomie et, peut-être même, de l'Humanité.

   Cette supernova, baptisée SN 1572 est très certainement de type I (dite thermonucléaire), c'est à dire produite par l'explosion d'une naine blanche ayant progressivement absorbé la matière d'une étoile avec laquelle elle formait un système binaire. Extrêmement chaud, le nuage de gaz en dilatation présente des secousses dans sa vitesse d'expansion ce qui lui confère cette apparence boursoufflée.

sources : Robert Nemiroff (MTU) & Jerry Bonnell (UMCP), ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

UNE GALAXIE BIEN ÉTRANGE

    En braquant son optique à plus de 20 millions d'années-lumière dans la direction de la constellation des Poissons, le télescope Gemini nord (situé sur un volcan endormi de Hawaï, à plus de 4200 m d'altitude) a repéré cette galaxie (baptisée NGC 660) avec son look bizarre.

   On appelle ce type de galaxie (en réalité, très rare), une "galaxie à anneau polaire" parce que, comme on peut le voir sur l'image ci-dessus, une grande partie des étoiles et de la poussière de cette galaxie forme un anneau perpendiculaire au plan galactique principal. Quelle peut bien en être la raison de cette configuration plutôt curieuse ?

   Eh bien ,l'hypothèse la plus vraisemblable est qu'il s'agit de la capture d'une autre galaxie par la principale : après démembrement de la plus petite galaxie par les "forces de marée" gravitationnelles générées par la plus grosse des deux galaxies, les débris ainsi formés (des milliards d'étoiles comme le Soleil) se sont mis à graviter en anneau autour de l'axe de la galaxie principale.

   On sait que, selon la théorie actuellement en vigueur, chaque galaxie est probablement entourée par un halo de matière noire (matière à la composition totalement inconnue dont on ne fait que soupçonner indirectement la présence) ; du coup, cette configuration galactique exceptionnelle va peut-être permettre d'étudier l'action de la matière noire sur l'anneau polaire et peut-être pourrons-nous en savoir plus sur cet élément mystérieux...

    Précisons enfin que l'anneau polaire de NGC 660 s'étend quand même sur plus de 50 000 années-lumière puisqu'il est plus grand que le disque galactique lui-même : à titre de comparaison, le disque de notre propre galaxie, la Voie lactée, mesure environ 70 000 années-lumière dans sa plus grande longueur.

Image : Gemini Observatory, AURA, Travis Rector (Univ. Alaska Anchorage) ; ASD de NASA / GSFC & Michigan Tech. U.

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mise à jour : 24 mars 2023

          Dans les années trente, Fritz Zwicky (1898-1974), un astronome américano-suisse de génie, jeta un pavé dans la mare du petit Landerneau astronomique de l’époque en évoquant la possibilité de la présence d’une « matière invisible » entre les galaxies. Toutefois il reste surtout connu pour avoir été un « chasseur » de supernovas dont il fut au demeurant le premier à introduire le terme : il en découvrit plus de 150 entre 1929 et 1973 ! Il fut également le premier à prédire la transformation de certaines de ces supernovas en étoiles à neutrons et suggéra qu’elles pouvaient être à l’origine de rayons cosmiques. Ces approches novatrices furent indéniablement de grandes avancées pour la science. Malheureusement, son hypothèse sur la matière invisible, remarquable pour l’époque (nous sommes à moins de dix ans de la démonstration par Edwin Hubble que l’Univers existe en dehors de notre galaxie) fut hélas oubliée durant plus de 40 ans…

Des observations déconcertantes

          En 1933, donc, Zwicky s’intéresse à l’amas de Coma, un groupe de sept galaxies dont il essaie d’estimer les vitesses de rotation et, là, grosse surprise, ses calculs rapportent des vitesses bien plus élevées que prévues. Il recommence

ses calculs plusieurs fois mais rien à faire : il retombe sur les mêmes chiffres. Du coup, son observation va à l’encontre de l’effet attendu qui veut que la vitesse de rotation des étoiles décroisse en fonction de leur éloignement du centre galactique. Pour expliquer la différence de ce qui est observé par rapport à ce qui était attendu, il faut imaginer la présence d’une masse environ 400 fois plus importante que celle qui est visible. Tout se passe comme si les régions éloignées (les « bords ») des centres galactiques étudiés étaient en fait encore centraux et entourés par une masse énorme de « matière invisible » expliquant le phénomène.

          Zwicky s’empressa de transmettre ses résultats à l’ensemble de ses collègues mais il ne fut pas écouté : il est vrai que l’homme était un peu spécial… Doté d’un caractère épouvantable (c’était la terreur des étudiants), n’hésitant jamais à dire ce qu’il pensait des uns et des autres (qui était souvent négatif) et défendant de plus des théories parfois complètement farfelues, il était à part dans cette communauté scientifique encore très conservatrice. N’obtenant aucune aide qui aurait pu conforter (ou non) la justesse de son observation, Zwicky retourna se consacrer à ses chères supernovas et, durant près de quarante ans, on oublia le sujet.

             Nous sommes à présent en 1978, toujours aux USA, mais avec l’astronome Véra Rubin qui s’intéresse tout spécialement à M 31, la galaxie d’Andromède, et elle aussi a des ennuis avec la vitesse de rotation des étoiles périphériques autour du

centre galactique : elles tournent bien trop vite et, comme les lois de la gravitation sont partout les mêmes, cela veut dire que ces astres « périphériques » ne le sont pas. Une masse non visible empêche les étoiles étudiées de ralentir, preuve que ces étoiles ne sont pas vraiment à la périphérie de la galaxie et que le halo de celle-ci se prolonge donc… par quelque chose. Cette fois, pas question d’oublier l’étude de Rubin : l’astronome n’est pas marginalisée et les outils d’investigation sont devenus plus précis. Il ne s’agit pas d’une erreur de calcul ce qui est d’ailleurs rapidement confirmé par d’autres observations : le halo de la galaxie d’Andromède est peut-être beaucoup plus large que prévu et cela est probablement le cas pour nombre d’autres galaxies. Elargi mais par quoi ? Car on a beau chercher dans tous les sens, on ne voit et on n’enregistre jamais rien.

Matière noire

          Ce composant invisible qui entoure certaines galaxies de façon plus ou moins importante et fait que les étoiles qu’on croyait en bordure galactique ne le sont pas, nul ne sait ce que c’est. C’est la raison pour laquelle la communauté scientifique le baptisa « matière noire » (ou parfois matière sombre chez les anglo-saxons).

      Les années passant et les calculs s’affinant avec l’augmentation des performances des outils d’étude, on arriva à la conclusion que tout l’univers visible, depuis la plus gigantesque des galaxies au plus petit nuage de gaz et de matière, ne représente que 4,9 % de l’ensemble de la matière existante… Tout le reste relève de la matière noire (26,8 %) et de son corollaire, l’énergie sombre (68,3 %).

         Deux types de particules ont très vite été présentés comme des candidats possibles :

• Les neutrinos : il s’agit de particules émises lors d’une désintégration bêta et qui ont la particularité de très peu interagir avec les autres particules. Jusqu’à la fin du siècle dernier, on pensait que le neutrino n’avait pas de masse avant d’envisager finalement qu’il en possède une mais très faible. Toutefois les neutrinos sont les particules les plus abondantes de l’univers après les photons. Malheureusement, après calculs approfondis, la masse totale de ces neutrinos reste encore trop peu importante : ils pourraient au mieux représenter 18 % de la masse totale de l’univers.

• Et les WIMPS (Weakly interactive massive particles), des particules lourdes interagissant faiblement avec la matière dont le représentant le plus célèbre est le neutralino, particule totalement hypothétique et faisant l’objet de nombreux efforts de recherche pour l’heure toujours infructueux.

          Du coup, on se trouve face à un problème quasi-insoluble tant que l’on n’aura pas isolé la particule dite « exotique » responsable de la présence de cette partie cachée de l’univers. À moins que…

D’autres explications sont-elles possibles ?

       À moins que d’autres explications puissent être avancées, oui, mais lesquelles ? Les scientifiques, échaudés par l’absence de résultats quant à l’identification d’une particule encore inconnue, étaient prêts à accepter une autre explication et c’est précisément ce que leur proposa l’Israélien Mordehai Milgrom en 1983.

La théorie MOND

          Afin de résoudre le problème de cette matière noire que personne n’arrive à identifier, Milgrom propose de prendre le problème par un autre bout : il s’agit ni plus ni moins que d’apporter une petite modification à la théorie de Newton. Évidemment, cette approche chagrine les tenants d’une physique établie depuis des siècles et dont on a depuis longtemps admis le caractère universel…

          Milgron a baptisé sa théorie MOND pour « MOdified Newton Dynamics », en français « dynamique de Newton modifiée ». Cette théorie répond facilement à l’absence de découverte de la matière noire puisqu’elle suppose que celle-ci n’existe pas… En fait, selon Milgron, l’hypothèse de l’existence de cette matière noire si insaisissable est due à une erreur d’interprétation (mineure) des lois de la gravitation universelle. L’essentiel de la théorie repose en effet sur le fait que la deuxième loi de Newton sur la gravitation n’a été vérifiée que pour des accélérations élevées, vérification partielle donc.

            Rappelons que la deuxième loi de Newton s’énonce initialement ainsi : « Les changements qui arrivent dans le mouvement sont proportionnels à la force motrice et se font dans la ligne droite dans laquelle cette force a été imprimée. » On peut la formuler autrement en expliquant que la force d’attraction entre deux corps décroit comme le carré de la distance qui les sépare. Milgron propose une petite modification à cette loi en expliquant que, au delà d’une certaine limite, cette force d’attraction ne décroit plus QUE comme l’inverse de leur distance… et cela change bien des choses, notamment l’existence de la matière noire. En effet, la modification de la deuxième loi newtonienne explique alors parfaitement les vitesses plus élevées qu’attendues des étoiles situées en périphérie galactique et donc à des distances très importantes par rapport au bulbe central : à ces si grandes distances l’attraction gravitationnelle est infime… Or, si la loi de Newton s’est toujours trouvée parfaitement validée par les expériences classiques de physique, elle n’a jamais été expérimentée – et pour cause – dans des situations où l’accélération est presque nulle comme celle retrouvée aux distances immenses évoquées.

          Comment choisir entre la possible existence d’une particule que l’on n’a jamais pu mettre en évidence en dépit de son extrême abondance (supposée) et une théorie qui, pour expliquer les chiffres observés, modifie tout simplement les lois de la physique ?

la théorie MOND est-elle réellement valide ?

          Certains scientifiques crurent prouver la non-validité de MOND en se fondant sur l’observation de la collision d’amas galactiques. Voici comment.

•             Si la matière noire n’existe pas, la matière dominante d’un amas galactique est du gaz. En effet, un amas est composé, bien sûr, de galaxies c’est-à-dire de milliers de milliards d’étoiles mais surtout de beaucoup, beaucoup de gaz remplissant l’espace intergalactique et s’étendant bien au-delà. Lors d’une collision entre deux de ces amas, les étoiles sont si éloignées les unes des autres qu’à de rarissimes exceptions près, elles n’interagissent pas au contraire des deux nuages de gaz. De ce fait, l’essentiel de la masse se trouvera dans la région centrale puisque la masse du gaz s’interpénétrant (donc freiné) est supérieure à celle des étoiles, non ralenties, qui se retrouvent alors de part et d’autre du centre.

•            Dans le cas d’un choc entre deux amas avec matière noire, celle-ci va se comporter comme les étoiles, c’est-à-dire peu interagir. Au centre, il y aura bien la masse du gaz mais l’essentiel de la masse se retrouvera de part et d’autre (puisque la matière noire est six fois plus massive que la matière ordinaire).

             En résumé, lors du choc de deux amas de galaxies, si la masse résultante est centrale, cela infirmera l’existence de matière noire (seulement du gaz) tandis que si la masse se trouve de part et d’autre du centre de la collision, cela prouvera l’existence d’une masse invisible, donc de la matière noire.

         Cette preuve de l’existence de la matière noire a été établie par l’observation de la collision de l’amas du Boulet (ou amas de la Balle, IE 0657-59), observable en regard de la constellation de la Carène. Il s’agit en fait d’un groupe de deux amas de galaxies entrés en collision il y a 150 millions d’années. Après étude approfondie, les scientifiques sont arrivés à bien localiser où se trouvent les masses les plus importantes : elles sont là où sont les galaxies et non pas où se trouve le gaz. De plus, les deux amas sont à présent séparés par plus de trois années-lumière et la masse totale calculée en fonction de leur vitesse et de leur distance représente beaucoup plus que la masse de la matière visible (galaxies vues en optique et gaz aux rayons X). La présence de matière noire est donc attestée ce qui semble invalider la théorie MOND.

              Cette apparente contradiction a été résolue par les tenants de la théorie MOND lorsqu’ils ont admis qu’il existait bien une petite quantité de matière noire, probablement sous forme de neutrinos…

Une explication qui ne sera peut-être jamais trouvée

             En somme, pour le moment, malgré des efforts considérables (appareils de plus en plus perfectionnés, chercheurs se consacrant uniquement à la recherche de la matière noire, immenses dispositifs de capture de particules « exotiques » parfois profondément implantés sous terre, etc.), aucune capture de la moindre nouvelle particule susceptible d’expliquer la présence dans l’univers de cette masse colossale (plus de 95% !) qui reste parfaitement insaisissable.   Ce qui, indéniablement, fait désordre…

           Mais il n’existe pas non plus d’argument probant – et, bien sûr, encore moins définitif – en faveur de théories alternatives dont la plus célèbre reste MOND.

            Pourtant, cette masse inconnue ne vient pas de nulle part et si elle n’existe pas, c’est que nos moyens de calcul sont quelque part erronés. Comment savoir ? Pour certains scientifiques, la solution est à portée de main et il suffit de persévérer encore un peu. Pour d’autres, c’est l’inverse : ceux-là pensent que la matière existe sous une autre forme et que celle-ci n’interagit jamais avec la matière conventionnelle telle que nous la connaissons ; elle resterait à tout jamais hors de notre portée.

          C’est l’avenir qui permettra probablement de trancher. Du moins rien ne nous interdit de l’espérer.

Sources :

• Wikipédia France
• encyclopaedia britannica
• revue La Recherche
• www.astronoo.com/

Images :

1.  galaxie du sombrero (sources : hdqwalls.com)
2.  Fritz Zwicky (sources : rankred.com)
3.  Vera Rubin (sources : thesestonewalls.com)
4.  répartition de la matière noire (sources : fr.wikipedia.org)
5.  courbes des vitesses de rotation périgalactiques (sources : theconversation.com)
6.  amas du Boulet (sources : passion-radio.forumactif.com)

Mots-clés : Fritz Zwicky - supernovas - amas de Coma - Vera Rubin - matière noire et énergie sombre - neutrinos - wimps - Mordehai Milgrom - amas du Boulet

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

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mise à jour : 26 mars 2023