chronométrie cosmique

L'orchestre joue sans chef. Chaque instrument entre selon son propre calendrier : le violon le lundi, la flûte le mercredi, les timbales le samedi. Les astronomes n'entendent pas la musique, mais des notes isolées, éparpillées sur le calendrier. Le télescope ne voit l'étoile que lorsqu'elle est au-dessus de l'horizon et que le calendrier lui a accordé du temps.

Une étoile clignote toutes les 38 secondes. Ce n'est pas un scintillement aléatoire : à l'intérieur de la naine blanche WD 0158−160, des oscillations régulières se produisent, comme les battements d'un métronome invisible.

Les étoiles ressemblent à des toupies : elles naissent rapides et ralentissent avec le temps. Ce processus est comme un sablier : plus une étoile tourne lentement, plus elle est vieille. Les astronomes utilisent cette régularité pour déterminer l'âge des étoiles, mais pour cela, ils ont besoin de groupes de référence d'étoiles dont l'âge est connu.

Au cœur d'une vieille ville se dresse une tour avec une horloge que l'on n'a jamais remise à l'heure depuis sa construction. En mesurant son retard, on peut calculer à quel point le temps s'est étiré depuis.

L'onde gravitationnelle issue d'une fusion de trous noirs, c'est comme le son d'une cloche dans la nuit. L'intensité du son permet de savoir à quelle distance se trouve la source.

Le disque galactique ressemble à une ondulation figée à la surface de l'eau : chaque perturbation laisse une trace que l'on peut lire des milliards d'années plus tard.

15 175 107 étoiles. Chacune a reçu son âge. Mais aucun chiffre n'est exempt d'une touche d'incertitude : l'âge d'une étoile n'est pas un clou enfoncé sur l'axe du temps, mais un nuage de probabilité, un brouillard cachant la valeur réelle.

L'âge d'une étoile est la clé de l'histoire de la Galaxie. Mais arracher cette clé à la nature n'est pas chose aisée : contrairement à un arbre, une étoile ne produit pas de cernes annuels. Pourtant, son atmosphère renferme un code chimique : le rapport des éléments, qui a lentement changé au fil des générations d'étoiles qui mouraient et naissaient.

Une onde quantique évoque une photo en pose longue : tout est flou, mais c'est précisément ce flou qui révèle le mouvement. D'ordinaire, on considère ces ondes figées comme une abstraction commode.

Le modèle cosmologique standard ΛCDM, où la matière noire et l'énergie noire jouent les architectes en chef de l'Univers, prédit depuis des décennies les données astronomiques avec la précision d'un chronomètre suisse. Trois génies en ont posé les fondations.

Dans l'océan, un tourbillon aspire tout dans un cercle fermé — de même, une onde gravitationnelle dans l'espace vide tord le temps en boucle. Une onde gravitationnelle est une ondulation du tissu cosmique, et sa forme particulière peut transformer le cours ordinaire des événements en cycle fermé.

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 ?

Une personne sur une vieille photo se tient dans une foule tout en tournant sur elle-même — deviner son âge est presque impossible. C'est à peu près ainsi que les astronomes déterminent l'âge et la masse des étoiles lointaines, et ils se trompent souvent.

Une pierre tombe dans un puits, et le plouf nous parvient avec un délai. Quelque chose d'analogue se produit avec la lumière lorsqu'elle s'éloigne de la Terre : ses oscillations se raréfient, le rayon semble « fatigué ». C'est le décalage vers le rouge gravitationnel — un phénomène dont Einstein parlait il y a un siècle.

L'Univers ne supporte pas la monotonie. Il y a un siècle, Edwin Hubble et Georges Lemaître nous ont offert une image élégante : un cosmos en expansion, lisse comme la surface d'un ballon gonflé.

On gonfle un ballon, mais à chaque pression sur la pompe, le caoutchouc ne se contente pas de s'étirer — il modifie légèrement son élasticité. De manière similaire, la gravité fonctionne dans ce nouveau modèle : non pas comme une scène rigide pour le spectacle cosmique, mais comme un matériau vivant qui réagit à chaque parcelle de matière.

Si vous jetez une poignée de paillettes dans une rivière, certaines suivront le courant, d'autres tournoieront dans de petits remous. Les galaxies de l'Univers font de même : elles ne s'éloignent pas seulement à cause de l'expansion, elles tourbillonnent aussi dans des flux géants, comme des copeaux de bois dans des tourbillons invisibles.

Des cosmologistes ont mesuré la vitesse à laquelle les galaxies lointaines s'éloignent dans différentes parties du ciel. Pour cela, ils ont utilisé deux types de « règles cosmiques » : les amas de galaxies et les explosions de supernovae d'un certain type.

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.

La lumière de chaque étoile est son passeport, mais les mentions y sont écrites dans le langage des couleurs. Pour les vieilles géantes, ces documents sont presque indiscernables, et il était impossible d'en déchiffrer les détails à la main.

Les rayons cosmiques sont des particules chargées qui nous parviennent d'explosions d'étoiles lointaines. Mais avant d'atteindre le détecteur, elles traversent la bulle du vent solaire. Le Soleil respire : tantôt il gonfle cette bulle, tantôt il la comprime.

Les nuages de gaz de la Voie lactée donnent naissance à des étoiles, et les plus lourdes d'entre elles sont de véritables géantes. On pensait autrefois qu'une telle étoile s'allumait presque instantanément, comme une ampoule. Mais une nouvelle étude montre que l'étoile grandit progressivement, comme une boule de neige qui dévale une pente. Plus elle roule, plus elle grossit.

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.

Nous avons l'habitude : le temps ne s'écoule que vers l'avant. Mais les lois quantiques lui permettent de ressembler à une pièce qui montre pile et face en même temps. Prenez une particule avec une rotation propre — son spin. Dans un champ magnétique, elle tourne comme une toupie.

Les astronomes utilisent les supernovae de type Ia — des explosions thermonucléaires de naines blanches — comme « chandelles standard » : leur luminosité maximale a longtemps été considérée comme identique dans tous les coins de l'Univers.

L'horloge murale de la cuisine tic-taque, et chaque battement nous éloigne inexorablement du petit-déjeuner vers le déjeuner. C'est si habituel que cela semble être une loi de la nature, mais la physique dit autre chose. Dans les équations d'Einstein, le temps est réversible : on peut rembobiner le film, et aucun cadre ne révèle la supercherie.

Chaque hiver, l'océan Pacifique se réchauffe légèrement au large du Pérou, et chaque été, il se refroidit. Ce rythme est dicté par les engrenages de la machine climatique, mais certains tournent vite, d'autres lentement, et d'autres encore accélèrent ou s'arrêtent.