étoile sombre

Dans les tout premiers instants après le Big Bang, la matière et l'antimatière auraient dû naître en quantités égales. Mais aujourd'hui, tout autour de nous n'est que matière ordinaire, et l'antimatière est quasi introuvable. Où est-elle passée ?

Un réacteur de fusion de type stellarator ressemble à un cocon magnétique savamment torsadé. Sa mission est de confiner un plasma surchauffé pour que les noyaux d'hydrogène fusionnent et produisent de l'énergie. Mais la forme tridimensionnelle du cocon crée des fuites : certaines particules s'échappent, surtout les plus rapides, celles qui transportent la chaleur principale.

L'Univers ressemble à une immense charpente invisible. Nous ne la voyons pas directement, mais nous savons qu'elle existe : c'est grâce à elle que les galaxies et les amas tiennent ensemble. Cette charpente, c'est la matière noire. La version la plus populaire dit qu'elle est « froide » et qu'elle est constituée de particules lourdes et lentes.

Une étoile a épuisé son carburant et s'effondre rapidement sous son propre poids. Selon les idées classiques, elle s'effondre en un point de densité infinie – la singularité. Mais que se passerait-il si la nature ne tolérait pas les infinis ?

Longtemps, la cosmologie a été dominée par une conviction héritée de Stephen Hawking : à l'ère du rayonnement, les trous noirs primordiaux ne grandissent pas.

Les étoiles à neutrons — vestiges de supernovae — sont parmi les objets les plus denses de l'Univers. Leur densité centrale dépasse de plusieurs fois la densité nucléaire, et leur gravité n'est surpassée que par les trous noirs.

Au centre de la Voie lactée, là où règne sans partage le trou noir supermassif Sagittaire A* (dont la métrique fut obtenue pour la première fois par Karl Schwarzschild), l'étoile S4714 effectue un voyage vertigineux.

En 1933, Fritz Zwicky évoquait pour la première fois une masse invisible maintenant les amas de galaxies. Des décennies plus tard, Vera Rubin dressait la carte de la rotation galactique, révélant la présence fantomatique de la matière noire.

Au centre d'une galaxie, la gravité condense la matière noire en une « épine » dense. Une telle épine de matière noire ressemble à un entonnoir de particules invisibles autour d'un corps massif. Mais si le centre et les particules sont des trous noirs primordiaux, le tableau se brise.

L'Univers est plein d'invisible. Nous connaissons la matière noire par la rotation des galaxies et les lentilles gravitationnelles, mais sa nature nous échappe depuis un siècle.

Le télescope spatial « James Webb » a plongé son regard dans une époque où l'Univers avait moins d'un milliard d'années et y a découvert des centaines d'objets étranges. Petits mais éblouissants, ils brillaient d'un rouge profond — comme des braises incandescentes éparpillées sur le velours noir du cosmos.

Grâce au télescope James Webb, des astronomes ont plongé leur regard dans un ancien quasar, le cœur éblouissant d'une galaxie où un trou noir géant aspire la matière. Il s'avère que ce dernier ne fait pas que détruire, il crée aussi : ses puissants jets et ses ondes de choc agissent comme un véritable moulin cosmique.

Dans le théâtre silencieux du cosmos, la pièce de la vie d'une étoile se joue sur des milliards d'années. Mais parfois, un metteur en scène invisible s'invite sur scène : un trou noir primordial.

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.

Les axions sont des particules insaisissables, proposées par Roberto D. Peccei et Helen Quinn pour résoudre une énigme du modèle standard. C'est Frank Wilczek qui leur a donné leur nom.

Après le Big Bang, l'Univers ressemblait à un ballon bien gonflé : la pression empêchait la matière de s'agglutiner. Mais des particules super-lourdes hypothétiques — de véritables « poids lourds » du monde subatomique — rendaient le ballon moins rigide un instant.

Un feu allumé avec de l'alcool pur brûle fort et ne dégage presque pas de fumée. C'est à peu près ainsi que brillaient les premières étoiles — elles ne contenaient pas d'éléments lourds, seulement de l'hydrogène et de l'hélium laissés par le Big Bang.

Un minuscule trou noir de la taille d'un noyau atomique flotte dans le bouillon brûlant de l'univers primordial. Normalement, une telle petite créature devrait s'évaporer rapidement, libérant son énergie comme une goutte d'eau sur une poêle brûlante. Mais si l'espace est plus complexe qu'il n'y paraît et contient des dimensions cachées, tout change.

Le télescope spatial James Webb a repéré, dans l'Univers primordial, de minuscules objets rouges anormalement brillants. Leur lumière dépasse de plusieurs centaines de fois ce que l'on attendrait de galaxies ordinaires de cette époque.

Les minuscules trous noirs nés juste après la naissance de l'Univers devraient s'évaporer, cédant leur masse sous forme de particules invisibles. C'est ce qu'a prédit Stephen Hawking, et cette « évaporation de Hawking » contribuait à l'expansion du jeune monde.

À 65 millions d'années-lumière de la Terre, dans la constellation de la Baleine, se nichent trois galaxies naines : DF2, DF4 et DF9. Toutes trois sont déclarées « galaxies sans matière noire » — cette substance invisible et mystérieuse qui, d'ordinaire, maintient les étoiles ensemble.

Les images de galaxies lointaines sont parsemées d'arcs et de taches incurvés : c'est la lumière qui a été déformée en chemin vers nous. Cet effet, prédit par Albert Einstein, agit comme un miroir déformant géant : un amas de galaxies massif déforme les images des sources en arrière-plan.

La pâte monte plus vite si elle contient déjà de la levure. De la même manière, les galaxies ont peut-être pu se former plus rapidement si des trous noirs s'y trouvaient déjà.

Dans la cuisine de la Galaxie, il existe une recette de soupe stellaire. L'ingrédient principal est l'hydrogène, mais le goût du plat dépend d'une pincée de métaux. Pour la première fois, des astronomes ont regardé dans les casseroles où cette pincée manque presque, et ils ont vu : il y manque les plus petites étoiles.

Dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie qui orbite autour de notre Voie lactée, des astronomes ont capturé cinq étoiles qui ressemblent à des fossiles d'un passé très lointain.

Les astronomes ont pointé James Webb vers trois galaxies dont la lumière a voyagé pendant 12 milliards d'années. Les premières données suggéraient une croissance incroyablement rapide – comme si un nourrisson atteignait la taille d'un adulte en un an, ce qui contredisait l'expansion de l'univers.

En 2014, les astronomes ont repéré dans la galaxie d'Andromède une immense étoile jaune. En 2022, elle avait disparu sans laisser de trace — sans l'explosion éblouissante habituelle d'une supernova. Comme si la lumière avait simplement été éteinte.

Les trous noirs primordiaux — des objets de la taille d'un atome mais dont la masse dépasse celle d'un astéroïde — auraient pu naître dans les tout premiers instants après le Big Bang.

Une étoile à neutrons est le résidu compressé d'un astre : une montagne de matière dans un volume minuscule. Si de la matière noire — cette substance invisible qui maintient les galaxies — s'y accumule, elle peut, sous certaines conditions, signer sa perte.

Après le Big Bang, l'univers était brûlant et dense. Dans les amas de matière noire — cette substance invisible que seule la gravité révèle — les particules s'entrechoquaient, s'annihilant pour produire un rayonnement puissant. Cette chaleur cachée, tel un foyer invisible, réchauffait les nuages de gaz de l'intérieur.

Tout juste après le Big Bang, des astres inhabituels ont pu naître : les étoiles sombres. Contrairement au Soleil, elles ne brûlaient pas de carburant nucléaire, mais se nourrissaient des collisions de particules de matière noire, qui libèrent de l'énergie lors de ces chocs.

Au centre de la galaxie NGC 1600, située à 200 millions d'années-lumière de nous, les astronomes ont remarqué un amas d'étoiles dense. Il apparaissait comme un nœud brillant sur le fond d'une lueur diffuse, ce qui était inattendu.

Le télescope James Webb a repéré dans l'Univers primordial une multitude d'objets compacts surnommés « petits points rouges ». Ils sont trop rouges et trop faibles pour être des quasars ordinaires, et les astrophysiciens se demandent ce qui les alimente.

La lumière d'une galaxie lointaine s'est dédoublée, triplée, quadruplée, et au centre est apparu un cinquième fantôme. Voici HerS-3 : une jeune galaxie, pleine de poussière et d'étoiles naissantes, dont la lumière a traversé une lentille gravitationnelle, un objet massif qui courbe les rayons comme le verre d'une loupe.

Une sphère de poussière homogène commence à se contracter sous son propre poids. À l'intérieur, comme une bulle de sauvetage, se gonfle une région à pression négative : la bulle de de Sitter. Elle s'étend, ralentit au bord même de l'effondrement et se fige au rayon de Schwarzschild.