Le Grand Voyage (23)

L’univers en vue

Le trou noir

Comme la plupart des objets précédents, leur existence est mise en évidence par les moyens techniques, ondes radio par exemple. Le trou noir est un des plus mystérieux composants de l’univers, d’autant plus qu’il est en principe invisible. Si son comportement est connu, sa fonction dans l’univers en est pour beaucoup au stade des hypothèses. J’ai même lu à quelque part qu’il pourrait être la porte vers d’autres univers. C’est sans doute un peu fantaisiste, mais on ne sait jamais, et il a fallu bien longtemps pour que l’on admette que notre planète n’était pas le centre de l’univers.

En astrophysique, un trou noir est un objet céleste si compact que l’intensité de son champ gravitationnel empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper. Ils sont de divers types, mais fonctionnent de manière à peu près identique. Il est supposé qu’ils existent en quantités énormes et un peu partout.

De tels objets ne peuvent ni émettre, ni diffuser la lumière et sont donc noirs, ce qui en astronomie revient à dire qu’ils sont optiquement invisibles. Toutefois, plusieurs techniques d’observation indirecte dans différentes longueurs d’onde ont été mises au point et permettent d’étudier de nombreux phénomènes qu’ils induisent. En particulier, la matière happée par un trou noir est chauffée à des températures très élevées et émet une quantité importante de rayons X, avant d’être « absorbée ».

Envisagée dès le XVIII^e siècle, dans le cadre de la mécanique classique, leur existence — prédite par la relativité générale — est une certitude pour la quasi-totalité des astrophysiciens et des physiciens théoriciens. Un trou noir n’étant détectable que par les effets de son champ gravitationnel, une observation quasi-directe de trous noirs a pu être établie en février 2016 par le biais de la première observation directe des ondes gravitationnelles, GW150914. Le 10 avril 2019, les premières images d’un trou noir sont publiées, celle de M87, trou noir supermassif situé au cœur de la galaxie M87. Elles sont suivies, le 12 mai 2022, d’images provenant de Sagittarius A, au centre de la Voie lactée. Ces différentes observations apportent ainsi une confirmation supplémentaire de leur existence.

Dans le cadre et donc les limites de la relativité générale, un trou noir est une singularité gravitationnelle entourée d’une zone d’espace dont rien ne peut s’échapper, limitée par une surface appelée horizon. La physique quantique, appliquée aux couples de particules virtuelles apparaissant à proximité de l’horizon, prédit que les trous noirs « s’évaporent » lentement, par émission d’un rayonnement de corps noir appelé rayonnement de Hawking.

Voici ce que l’on peut apercevoir d’un trou noir. Il s’agit de M87 ou Messier 87 dans la Vierge. L’image est en fausse couleurs, mais si on ne trichait pas, en se contentant de notre vision humaine, le tout serait invisible. Cette photo est récente et date de 2019. La dimension du trou noir réel est environ 2,5 fois plus petit que la partie sombre centrale. On peut comparer le trou noir à une sorte de piège cosmique, d’autant plus redoutable qu’il est invisible. Un vaisseau spatial qui s’en approcherait trop près serait irrémédiablement attiré par lui. Son pouvoir d’attraction est terrible, on estime pour le cas ci-dessus un pouvoir d’attraction 6.5 milliards de masses solaires. Son influence doit porter très loin, mais comme dans le cosmos les distances deviennent vite énormes, il n’a qu’en effet disons local. En schématisant, le trou noir se comporte un peu comme votre évier rempli d’eau, quand vous ouvrez l’écoulement, l’eau est aspirée vers le trou de l’écoulement. On peut penser que dans la photo prise de M87, si le trou noir est 2,5 fois plus petit, il a absorbé tout ce qui était aux alentours laissant vierge de toute présence la partie qui l’entoure et qui est sombre. Que devient ce qui est attiré par le trou noir? C’est encore un vaste débat. J’aime assez l’idée, une possibilité parmi d’autres à défaut de certitudes, qu’au bout d’un moment le trou noir étant rempli et ne pouvant prendre plus, il finit par exploser et créer je ne sais trop quoi, une nova par exemple, et relancer un nouveau coin d’univers. une sorte de Big Bang. Qui sait si nous ne sommes pas déjà un truc du genre qui se serait produit il y a quelques milliards d’années? L’idéal serait d’observer l’emplacement d’un trou noir et guetter un changement dans son apparence, quelque chose qui deviendrait visible ou un bouleversement dans son environnement. Le seul ennui, c’est que ce genre d’événement doit être très rare, comme l’apparition d’une nova. et encore visible à proximité de nous. C’est un peu la roulette cosmique.

Quelques mots sur les trous noirs

Comme vous pouvez vous en rendre compte, le trou noir est quelque chose d’extrêmement complexe, et je suis persuadé qu’ils cachent encore bien des mystères. A l’échelle scientifique, c’est encore un domaine qui relève de la physique et où l’observation peut être capitale pour faire progresser notre connaissance, Dans un prochain chapitre, nous allons explorer un domaine qui est lui aussi très visible, mais qui demande un effort d’imagination encore plus grand, la relativité et le temps. Pour s’y préparer, on peut déjà se mettre à l’esprit que le moment présent, celui que vous vivez en lisant ces lignes, est une chose qui n’existe qu’ici. Dès que l’on voyage dans l’univers, il n’existe plus et nous verrons pourquoi.

A suivre

Source . NASA, Wikipedia

Le Grand Voyage (22)

L’univers en vue

Les novas et supernovas

Une nova c’est une étoile qui devient très brillante de manière extrêmement brutale, avec une grande augmentation de son éclat, qui peut être de l’ordre de 10 magnitudes. Cette vive luminosité ne dure que quelques jours, et l’étoile reprend ensuite progressivement son éclat initial.
Les astronomes qui les découvraient les considéraient comme de nouvelles étoiles, puisqu’elles apparaissaient là où ils ne voyaient pas d’étoile précédemment, et les ont ainsi appelées des novas.
Certaines novas sont récurrentes, et ont subi plusieurs explosions depuis qu’elles ont été observées, avec des intervalles de l’ordre de plusieurs décennies.

L’observation d’une nova dans l’espace reste quelque chose de très hypothétique pour l’astronome amateur. A part l’éclat et la rareté de leurs apparitions, elles n’ont rien de significatif dans leur apparence et encore faut-il savoir que c’en est une. Il faut posséder une bonne cartographie du ciel pour pouvoir noter le changement lors de la naissance. Bien sûr, elles ne sont visibles que dans un environnement galactique proche, les grandes distances les rendent invisibles.

Une supernova est l’ensemble des phénomènes qui résultent de l’implosion d’une étoile en fin de vie, et qui peuvent engendrer les nébuleuses, avec notamment une gigantesque explosion qui s’accompagne d’une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa luminosité. Vue depuis la Terre, une supernova apparaît donc souvent comme une étoile nouvelle, alors qu’elle correspond en réalité à la disparition d’une étoile. Bien qu’il s’en produise une toutes les deux ou trois secondes dans l’Univers observable, les supernovas sont des événements rares à l’échelle humaine : leur taux est estimé à environ une à trois par siècle dans la Voie lactée.
Aucune supernova n’a été observée dans notre galaxie, la Voie lactée, depuis l’invention du télescope. La plus rapprochée observée depuis est SN 1987A, survenue dans une galaxie voisine, le Grand Nuage de Magellan.
Elles ont joué et jouent encore un rôle essentiel dans l’histoire de l’Univers, car c’est lors de son explosion en supernova que l’étoile libère les éléments chimiques qu’elle a synthétisés au cours de son existence — et pendant l’explosion même — et qui sont ensuite diffusés dans le milieu interstellaire. De plus, l’onde de choc de la supernova favorise la formation de nouvelles étoiles en provoquant ou en accélérant la contraction de régions du milieu interstellaire.

C’est plus facile pour les astronomes d’observer une supernova bien que les spectacle reste relativement peu visible sans un gros instrument. Voici les restes de SN 1604, également connue sous le nom de supernova de Kepler dans le Serpent. Elle fut observée en 1604. L’astrophysique ne se contente pas de photographier le visible, mais aussi l’invisible avec les rayons-x, l’infrarouge. L’image du haut est un montage de toutes les diverses photographies. Vu avec un télescope normal, elle a l’apparence de l’image dans la troisième case en bas. L’invisible est donc bien plus grand que le visible,

Les étoiles à neutrons

C’est le résultat de l’effondrement d’une étoile massive (supergéante) lorsque celle-ci a épuisé tout son combustible nucléaire, c’est l’un des objets les plus denses de l’univers (après les trous noirs) : sa masse volumique est de l’ordre d’un milliard de tonnes par centimètre cube, soit 100 000 milliards de fois celle de l’eau ! Si une étoile à neutrons est si dense, c’est parce qu’elle est écrasée sous sa propre gravitation (elle s’est effondrée sous son propre poids), et la matière devient alors extrêmement concentrée avec quasiment aucun vide entre les particules qui la constituent.
La gravité à la surface d’une étoile à neutrons est, elle, aussi énorme, des milliards de fois celle de la Terre : si on lâchait une cuillère au-dessus de l’étoile, elle foncerait vers celle-ci à une vitesse incroyable…
Cet astre est composé de neutrons maintenus ensemble très près les uns des autres par les forces de gravitation, sa vitesse de rotation peut être très élevée (le record est de plus de 700 tours à la seconde).

Les pulsars et les quasars

Un pulsar est un objet astronomique produisant un signal périodique allant de l’ordre de la milliseconde à quelques dizaines de secondes. Ce serait une étoile à neutrons tournant très rapidement sur elle-même (période typique de l’ordre de la seconde, voire beaucoup moins pour les pulsars milliseconde) et émettant un fort rayonnement électromagnétique dans la direction de son axe magnétique.
Un quasar (source de rayonnement quasi-stellaire, ou plus récemment « source de rayonnement astronomique quasi-stellaire », est un trou noir supermassif au centre d’une région extrêmement lumineuse (noyau actif de galaxie). Les quasars sont les entités les plus lumineuses de l’Univers. Bien qu’il y ait d’abord eu une certaine controverse sur la nature de ces objets, jusqu’au début des années 1980, il existe maintenant un consensus scientifique selon lequel un quasar est typiquement la région compacte entourant un trou noir supermassif au centre d’une galaxie massive. Leur taille est de 10 à 10 000 fois le rayon de Schwarzschild (horizon du trou noir) et leur émission d’énergie provient de la zone du disque d’accrétion qui l’entoure.
Dans le prochain épisode, nous aborderons un des grands mystères de l’univers, le trou noir

Un petit aperçu sur les pulsars

A suivre

Source . NASA, Wikipedia

Le Grand Voyage (21)

L’univers en vue

Au fil des avancées technologiques, l’astrophysique a découvert des éléments auxquels on ne s’attendait pas. Présenter une synthèse de tout ce qui le compose est possible, il est sans doute déjà bien avancé, mais certainement pas définitif. On retombe toujours dans le schéma de la réponse qui suscite d’autres questions. En pénétrer toutes les facettes est un travail dans lequel l’astrophysicien peut se lancer, mais pour le simple observateur se contenter de ce qui est visible est déjà un spectacle fascinant. Il doit cependant garder à l’esprit que la science peut lui apporter quelques réponses sur un sujet qui l’intéresse particulièrement, c’est un peu à lui d’aller chercher les réponses, mais s’il a la curiosité d’aller les chercher, c’est qu’il a déjà une certaine connaissance du sujet. Il y a à peu près 60 ans que je m’intéresse à l’astronomie, mais quand je compare ce qui l’on connaissait alors avec ce que l’on sait aujourd’hui, quel bond en avant ! Il faut juste avoir le virus et sans en faire une religion, continuer de s’y intéresser et éventuellement aller frapper symboliquement aux bonnes portes. J’en ai parlé ailleurs, j’ai eu la chance de rencontrer un des découvreurs d’exoplanètes. Avant de pénétrer dans son laboratoire, je me doutais bien que ce genre de planètes existaient, mais ce fut une révélation de savoir que ces recherches étaient une réalité. Il n’en faisait d’ailleurs pas un secret et nous expliquait même comment il procédait. Le résultat de ma visite déborda sur une conséquence imprévue, je suis allé m’acheter… une imprimante à jet d’encre ! A l’époque de ma visite, ce genre de machine existait, mais n’étaient pas encore présente dans pratiquement chaque foyer. J’avais été bluffé par la qualité de l’impression, sur les multiples cartes du ciel qui lui servaient de repères pour ses travaux. L’autre résultat plus astronomique, c’est d’avoir suivi l’évolution sur la recherche de ces planètes. Et ainsi de suite…

Ce que l’on peut voir dans l’univers

Le principe de base est d’avoir à l’esprit que ce que vous voyez dans l’univers n’est pas statique, il est en perpétuelle évolution. Il s’est créé il y a des millions d’années et n’est pas maintenant sur sa phase descendante. On le sait, il y a ailleurs des nouveaux mondes qui se créent, de nouvelles étoiles qui apparaissent. Nous sommes dans un coin qui existe depuis longtemps, il disparaîtra un jour remplacé par d’autres mondes.

Encore un cadeau de la Nasa, cette photo montre un amas de galaxies, Abell 3627. La plus visible ESO 137-001, a l’air de perdre da la matière, sous forme de trainées bleues qui indiquent de jeunes étoiles, tandis que les nuages bruns sont des poussières. Les astrophysiciens ont observé que dans la région, il règne une anomalie gravitationnelle dominée par une masse supérieure à des dizaines de milliers de fois celle de la Voie Lactée. On connait cela sous le nom de Grand Attracteur. Il n’est pas inutile de rappeler en physique, le jeu des masses et leur puissance d’attraction, mais tout cela s’annule réciproquement pour la plupart du temps. C’est ce qui fait que notre système solaire tourne régulièrement sans accrocs depuis des millions d’années.

Le mouvement et la position de planètes sont la conséquence directe de l’attraction gravitationnelle d’un soleil ou un corps, prouvant ainsi son existence et permettant d’estimer sa masse grâce aux lois de Newton. Tout ce qui est visible l’est par interaction avec la lumière, mais l’invisible est aussi présent et est même d’une masse bien supérieure au visible. Il n’en va pas de même dans le cas de la rotation des galaxies sur elles-mêmes, ou dans celui des mouvements relatifs des galaxies les unes par rapport aux autres : la masse totale responsable de leur dynamique, calculée à partir de leur position et de leur mouvement, est estimée de 10 à 100 fois supérieure à celle qui est calculée à partir étoiles qui sont détectées. Il existe probablement une masse cachée, invisible mais présente, au centre de toutes les galaxies, y compris la nôtre, et qui s’étend également entre les galaxies.

Le premier pas pour la découverte du cosmos est sans doute de lever le nez au ciel pendant la nuit. Une simple paire de jumelles peut déjà vous aider à découvrir un peu plus que ce que vos yeux voient. Ici, vous voyez la Grande Ourse, l’une des constellations les plus facilement repérables dans le ciel.

Il n’y a pas si longtemps à l’échelle de l’humanité, pour l’astronome, le ciel se composait de soleils, de planètes d’étoiles, de galaxies. Depuis d’autres découvertes font l’objet d’études et font partie intégrante de l’univers. Il y a les nébuleuses, les novas et supernovas, les étoiles à neutrons, les pulsars, les trous noirs, les quasars.

Pour une part ces phénomènes sont visibles, à condition de posséder un instrument optique puissant. D’autres relèvent plus de l’astrophysique, de la radio astronomie, d’une manière ou d’une autre nous savons qu’ils existent mais restent dans certains cas encore mystérieux. Visibles ou non, ils constituent une partie de l’univers sans doute essentielle à son fonctionnement et à son équilibre. Nous allons survoler, sans être exhaustif, quelques-unes de ces spécialités qui composent le vaste monde qui nous entoure.

Les nébuleuses

C’est un des beaux spectacles du ciel, coloré, de formes diverses, plus ou moins denses. Il reste toutefois seulement accessible via un bon télescope. En gros, c’est une sorte de nuage dans le ciel sur le fond noir de l’univers. Elles peuvent avoir plusieurs origines, la plus connue résulte de la fin de la vie d’une étoile quand elle explose. C’est un peu comme quand vous faites exploser une grenade ou un pétard, il en résulte un nuage de fumée qui mettra un temps à se dissiper. A l’échelle astronomique, ce composant de gaz peut mettre des siècles à se dissiper. Un exemple connu, dont j’ai parlé ailleurs, est la nébuleuse du Crabe. Observée en 1054, pendant au moins deux ans, elle resta l’étoile la plus visible du ciel. Si elle ne brille plus du même éclat aujourd’hui, les restes de cette explosion sont toujours visibles. Mais il y aussi d’autres origines pour la formation de ces nébuleuses. Le fait est que cela reste un spectacle d’une rare beauté.

La nébuleuse du Cône est une vieille connaissance des astronomes, Elle fut découverte en 1785 par William Herschel. Sa forme lui a donné son nom. Elle se classe parmi les nébuleuses dites diffuses, c’est à dire qu’elles sont constituées de gaz et de poussières. Selon les cas elles peuvent être opaques ou permettent d’apercevoir ce qui est derrière, un astre brillant par exemple. Elle se situe à 2500 années-lumières de nous et dans la constellation de la Licorne.

La nébuleuse du Crâne ou NGC 246. Ici il s’agit d’une nébuleuse planétaire, sa forme ronde vue de loin pourrait faire penser à une planète. Elle englobe un système stellaire triple, c’est à dire des corps célestes qui gravitent les uns autour des autres. Elle est située à 1600 années- lumières dans la constellation de la Baleine.

Ces deux clichés montrent les progrès réalisés dans la photographie spatiale, L’image du haut est l’image traditionnelle, on pourrait dire banale de l’amas appelé M16. Elle montre entouré d’un cercle, l’endroit où se situe la nébuleuse de l’Aigle dont vous voyez le détail sur la seconde image prise par le télescope spatial James Webb. Située à plus de 5000 années-lumières elle a été découverte en 1745 dans la constellation du Serpent. Il s’agit, à l’échelle cosmique, d’un monde en création. Son évolution prendra peut-être des centaines ou des millions d’années. Une nouvelle preuve évidente d’un univers en constant renouvellement.

A suivre

Source . NASA, Wikipedia