rapport d'abondance

À 40 années-lumière de nous se trouve une étoile longtemps passée inaperçue : TRAPPIST-1 émet dans l'espace deux mille fois moins de lumière que le Soleil. En revanche, elle possède sept planètes de la taille de la Terre, dont trois orbitent dans la zone où l'eau pourrait rester liquide. Mais on savait peu de choses sur l'étoile elle-même, sur sa chimie interne.

Deux étoiles, AF Lep A et ε Indi A, ont fait l'objet d'une attention particulière. À l'aide du spectrographe GHOST installé sur le télescope Gemini, les astronomes ont décomposé leur lumière en couleurs et, grâce aux raies d'absorption, ont déterminé la quantité de carbone, d'oxygène, de soufre et de treize autres éléments présents dans…

Tout en haut des montagnes, là où l'air est pur et silencieux, des physiciens s'apprêtent à attraper des visiteurs insaisissables venus du cosmos : les neutrinos. Ces particules, telles des fantômes, traversent la Terre sans presque laisser de traces. Mais parfois, un neutrino percute un atome, engendrant une pluie de particules que l'on peut observer.

Pendant treize milliards d'années, la lumière a voyagé à travers le vide cosmique. Elle contournait de massifs galaxie qui, comme l'avait prédit Einstein, agissaient comme des lentilles géantes — amplifiant et déformant le lointain rayonnement. En 2023, l'instrument NIRSpec à bord de James Webb a capté cette lumière et l'a décomposée en spectres.

Dans un gigantesque berceau cosmique — la nébuleuse de la Tarentule — des astronomes ont examiné 122 étoiles massives. Chacune est au moins 30 fois plus lourde que le Soleil. Ils ont mesuré la teneur en azote de leurs atmosphères, et le tableau s'est révélé inattendu.

Chaque étoile est une archive vivante, et son spectre, un manuscrit multicouche. Pendant des milliards d'années, l'histoire de la galaxie s'y écrit : l'évolution chimique galactique de la Voie lactée laisse une trace continue dans l'abondance des éléments.

Quand on entreprend des travaux, on n'achète pas la peinture au jugé, mais en fonction de la surface des murs. En science, le calcul du nombre d'échantillons est une estimation similaire, mais les enjeux sont plus élevés. En dessous du compte, l'étude devient une loterie : on peut passer à côté d'un effet réel, ou prendre du bruit pour une découverte.

En astrophysique, certains nombres semblent aléatoires mais se répètent avec l'obstination d'une incantation. L'un d'eux est le rapport entre la luminosité en rayons X et l'émission de la raie H-alpha de l'hydrogène dans les queues de gaz turbulentes.

Un pâtissier ajoute plus de sucre à sa pâte, et le gâteau change. Il en va de même pour une étoile : la composition de sa « pâte » — le nuage de gaz et de poussière qui donne naissance aux planètes — détermine quels mondes se forment autour d'elle.

Deux étoiles très petites et froides, semblables à la célèbre TRAPPIST-1, vivent dans le jeune amas stellaire du Scorpion supérieur. Elles n'ont que 5 à 10 millions d'années – des bébés à l'échelle cosmique. Autour de chacune tourne un disque de gaz et de poussière, dans lequel des planètes pourraient éventuellement se former.

Les étoiles chaudes et massives sont les cuisines de l'Univers, où se préparent les éléments lourds. Elles finissent leur vie dans l'explosion d'une supernova. Pour comprendre leur recette, les astronomes utilisent la spectroscopie — l'analyse de la bande arc-en-ciel de la lumière passée à travers un prisme. Autrefois, déchiffrer ce « menu » prenait des heures.

Les étoiles anciennes, presque dépourvues d'éléments lourds, sont comme des fossiles des premières lueurs cosmiques. On a longtemps cru que l'étrange rapport entre le carbone, l'hydrogène et l'hélium dans trois de ces étoiles exigeait l'explosion d'une hypernova — une supernova extrêmement brillante, avec une énergie des centaines de fois…

Dans les entrailles d'une étoile mourante, avant l'explosion de la supernova, des réactions nucléaires déterminent quels éléments chimiques seront dispersés dans l'espace.

Au centre d'Oméga du Centaure, l'amas globulaire le plus massif de notre Galaxie, des milliers d'étoiles se serrent si densément que, depuis la Terre, leur lumière se fond en une tache scintillante. Séparer cet essaim en étoiles individuelles et connaître la composition de chacune est une tâche comparable au tri d'une fourmilière surpeuplée.

En cuisine, ce qui compte, ce ne sont pas seulement les proportions des ingrédients, mais aussi leur quantité totale. Deux tartes avec le même rapport sucre/farine mais des portions de tailles différentes ne seront pas identiques.

À 130 années-lumière de nous, autour de la jeune étoile HR 8799, orbitent quatre planètes géantes — chacune de 5 à 10 fois plus massive que Jupiter.

Autour des jeunes étoiles, des disques de gaz et de poussière tourbillonnent — comme des chantiers de construction pour les futures planètes. C'est de cette matière que se formeront les mondes rocheux et les géantes gazeuses.

Les galaxies ressemblent à d'immenses cuisines où, dans les entrailles des étoiles, les atomes légers se compressent en atomes lourds — un peu comme la farine et l'eau deviennent du pain. Quand une étoile meurt, elle rejette ce qu'elle a accumulé dans le gaz interstellaire, l'enrichissant d'« épices » : oxygène, carbone, fer.

Dans le flux de particules chargées qui nous parviennent des profondeurs de la Galaxie, le fer s'est révélé être le mouton noir. L'instrument ATIC-2, hissé à bord d'un ballon au-dessus de l'Antarctique, a comparé comment la proportion de noyaux allant du soufre au chrome varie avec l'énergie par rapport au fer.