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L'image d'une galaxie lointaine prise depuis la Terre ressemble à une vue à travers un verre dépoli : l'atmosphère estompe les détails, et la structure interne reste cachée.

Un fleuve dessiné sur une carte n'est toujours qu'une ligne. Mais placez-vous sur la rive, et vous verrez : dans le lit, il y a des courants plus rapides, des tourbillons, des bras qui tantôt se rejoignent, tantôt se séparent. La toile cosmique est comme ce fleuve, mais fait de matière noire, et jusqu'à récemment, les astronomes la dessinaient d'un seul trait.

Le ciel nocturne semble être un semis aléatoire d'étoiles. Mais si on l'observe sur de très grandes distances, le chaos disparaît. Les galaxies se rassemblent en de longs filaments et de vastes murs, et entre eux s'ouvrent d'immenses vides — les vides cosmiques. Cette structure est appelée la toile cosmique.

La galaxie NGC 4254 se trouve à un million et demi d'années-lumière du centre de l'amas de la Vierge. Elle traîne derrière elle un long filament d'hydrogène en refroidissement – signe qu'elle s'engouffre à pleine vitesse dans le gaz surchauffé.

Un météorologue trace une épaisse ligne noire à travers toute l'Europe : au nord, le gel ; au sud, le dégel. Cette frontière — l'isotherme zéro — ne vous dira pas quelle température il fait à Stockholm ou à Rome, mais elle vous dira honnêtement où l'hiver se termine.

Les gouttes d'eau sortent de la buse l'une après l'autre, comme des cyclistes sur une piste étroite. Celles qui vont plus vite rattrapent les plus lentes et fusionnent avec elles pour former des gouttes plus grosses.

En 2016, les astronomes ont vu l'incroyable : une étoile lointaine, nommée Icare, a brillé pendant quelques semaines, traversant l'abîme de l'espace. C'était l'effet de lentille gravitationnelle — un effet prédit par Einstein : un objet massif courbe l'espace-temps et focalise la lumière, telle une loupe géante.

La formation de la Voie lactée est un spectacle cosmique grandiose, où les fusions de galaxies naines se sont tissées dans une partition unique. Chaque événement a laissé une trace dans la dynamique et la composition chimique des étoiles, un peu comme les notes capturent l'intention du compositeur.

L'Univers primordial s'est dilaté à une vitesse fulgurante — on appelle cette phase l'inflation. Mais comment exactement ? Certains modèles décrivent l'expansion comme une montée exponentielle abrupte, d'autres comme un mouvement plus calme en loi de puissance.

Imaginez un manuscrit ancien sur lequel une nouvelle histoire a été écrite par-dessus l'ancien texte. Avec le temps, la couche supérieure s'amincit et laisse transparaître les lignes du passé. C'est exactement ainsi, tel un palimpseste, que sont faits les amas globulaires, les systèmes stellaires les plus vieux de l'Univers.

Dans l'Univers jeune, il y a environ dix milliards d'années, les galaxies ressemblaient à d'immenses champs après l'orage : partout, bouillonnantes, surgissaient d'énormes amas — de mille années-lumière — de formation stellaire, où de jeunes étoiles naissaient avec une énergie débridée.

Depuis l'enfance, nous avons l'habitude de penser que l'espace est infini et isotrope. Mais Albert Einstein et Georges Lemaître se demandaient déjà : l'Univers ne serait-il pas refermé sur lui-même, comme un ruban de Möbius ou un tore tridimensionnel ?

L'espace interstellaire n'est pas un désert cosmique, mais une autoroute à très grande vitesse. Des milliards de milliards d'astéroïdes et de comètes venus d'autres systèmes filent près de nous, mais les télescopes-caméras n'en capturent que quelques-uns.

Au cœur de la nébuleuse de l'Aigle, à environ 7000 années-lumière de nous, se dressent trois colonnes géantes de gaz et de poussière – les Piliers de la Création. Leur forme est familière à beaucoup grâce aux images du télescope Hubble.

L'espace-temps est souvent imaginé comme un tissu lisse. Mais à l'échelle microscopique, ce tissu pourrait ne pas être continu, mais constitué d'« atomes » individuels — des événements reliés par la causalité. Cette vision du monde s'appelle la théorie des ensembles causaux.

Jetez une pierre dans un étang, et des cercles se forment. Quelque chose de semblable se produit à l'intérieur d'amas compacts de matière noire lorsqu'ils se trouvent dans un environnement particulier : un champ scalaire.

Le bras d'une rivière d'étoiles contourne le centre d'une galaxie lointaine, telle une bande lumineuse sur une monture invisible. Cette monture, c'est le halo sombre : un immense nuage de matière noire invisible qui, par son attraction, retient les étoiles et le gaz.

À la périphérie du système solaire, bien au-delà de Neptune, des centaines de blocs de glace gravitent. Certains se déplacent comme si une force invisible avait aligné leurs orbites, telles les aiguilles d'une boussole. Il y a dix ans, cela a conduit les astronomes à penser qu'une planète massive, environ dix fois plus lourde que la Terre, se cachait là.

La lumière de la lointaine galaxie du Dragon met plus de sept milliards d'années à nous parvenir. En chemin, elle passe près d'un immense amas de galaxies dont la gravité courbe le trajet de la lumière, comme une lentille. La galaxie nous apparaît donc plus brillante et plus grande qu'elle ne l'est en réalité — comme une loupe agrandit un petit texte.

L'Univers a longtemps été considéré comme un cuisinier strict : on pensait que dans chaque recoin, les étoiles étaient mélangées selon une seule recette — pour chaque étoile géante, on trouvait à peu près le même nombre de naines, peu importe où elles étaient nées.

Une comète en vol est une montagne de glace et de poussière qui file à travers le système solaire. Si l'on installe de petits moteurs sur cette montagne, elle devient un vaisseau avec son carburant à bord : le gaz de ses profondeurs peut être libéré par des tuyères pour modifier la trajectoire.

Les amas globulaires sont de denses archives stellaires où est consignée la jeunesse de la galaxie. Mais lire cette chronique était entravé par des chronomètres imprécis : les estimations d'âge variaient d'un milliard d'années.

Un amas de galaxies ressemble à un carrefour animé où des voitures-galaxies foncent à travers un vent contraire de gaz chaud. Ce vent, appelé pression dynamique, arrache aux galaxies leurs réserves de gaz froid — le carburant de la formation d'étoiles. Les astronomes du relevé SAMI ont suivi ce processus sur des centaines de galaxies dans huit amas proches.

Dans les galaxies des Antennes, qui se percutent l'une l'autre, d'immenses nuages de gaz sont entrés en collision à une vitesse de 50 kilomètres par seconde. C'est comme deux trains lancés l'un contre l'autre : le choc a comprimé le gaz, qui s'est embrasé en de nouvelles étoiles.

Dans les nuages sombres de gaz interstellaire où naissent les étoiles, la matière se rassemble en nœuds denses – les futurs berceaux des astres. Les astronomes mesurent les distances entre ces nœuds à partir de photographies du ciel, mais une photographie est plate, alors que le nuage est en volume. Convertir le plan en volume n'est pas aussi simple qu'il y paraît.

Un amas de galaxies, par son attraction, courbe l'espace-temps, agissant comme une lentille géante : elle focalise et amplifie la lumière d'objets lointains, comme l'avait prédit Einstein. De telles lentilles sont rares, mais elles permettent d'observer ce qui se cache aux confins du cosmos.

Des milliers d'univers sont nés dans un ordinateur pour, un jour, parler du nôtre. Chacun avec ses amas de galaxies, disposés selon les lois de la gravitation, comme des petits pois dans un bocal secoué avec plus ou moins de force. La façon dont les petits pois se répartissent permet de deviner quelle main a secoué le bocal.

Les astronomes lisent l'histoire des galaxies à travers leurs portraits. Autrefois, ils utilisaient soit la longue analyse de la lumière par couleurs, soit les rapides photos avec filtres, perdant les détails de la forme.

Des scientifiques ont décrit un nouveau type d'étoile invisible qui se comporte comme une lentille respirante. Cette étoile est composée de bosons ultralégers (des particules pas encore découvertes). Son attraction provoque la courbure de l'espace-temps — c'est cela la lentille, qui se dilate et se contracte rythmiquement, comme si elle respirait.

Quand Edwin Hubble a découvert l'expansion de l'univers et que Vera Rubin a mis en évidence la matière noire, l'édifice de la cosmologie semblait solide.

En octobre 2017, le télescope Pan-STARRS à Hawaï a repéré un objet qui se déplaçait trop vite pour appartenir au système solaire. C'était 1I/Oumuamua, le premier visiteur interstellaire jamais observé par les astronomes. Depuis, deux autres ont suivi : la comète 2I/Borisov et l'objet 3I/ATLAS.

La galaxie NGC 1560 est une modeste île d'étoiles et de gaz à dix millions d'années-lumière de nous. Sa courbe de rotation, mesurée pour la première fois en 1991, est devenue une icône pour ceux qui cherchent une alternative à la matière noire.