amas dense

Un filament de la toile cosmique s'étire à travers l'Univers jeune, et le long de celui-ci, comme des perles sur un collier, sont enfilées des galaxies. Au cœur du protocluster SSA22, qui deviendra dans des milliards d'années le centre d'un amas massif, ces perles sont encore brûlantes et poussiéreuses : en leur sein naissent des étoiles, et le gaz froid sert de carburant.

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.

La lumière d'une galaxie lointaine nous parvient à travers sa propre poussière. Cette poussière n'est pas un brouillard uniforme, mais des nuages déchiquetés, semblables à des lambeaux de coton.

Deux étoiles tournent l'une autour de l'autre comme des danseurs qui se rapprochent puis s'éloignent. Avec le temps, l'une enfle et ses couches externes se déversent sur sa voisine. Celle qui reçoit la matière étrangère ne se distingue en rien d'une étoile solitaire — mais sa surface se souvient de tout.

L'explosion d'une étoile massive n'est pas qu'un simple éclat, c'est un choc pour le gaz environnant. Mais jusqu'à présent, personne n'avait observé comment le gaz lui-même se déplace dans ces zones d'explosion.

Dans la fournaise de la formation stellaire, la température atteint 900 degrés — comme dans un haut-fourneau incandescent. C'est dans cette chaleur extrême que naissent les cristaux cosmiques.

Deux villes ont subi une série d'incendies. Dans l'une, le vent disperse les cendres bien au-delà des faubourgs, et le ciel reste clair. Dans l'autre, les cendres retombent en un voile épais, teintant les couchers de soleil de pourpre.

Une cuillère à café bien pleine, et la balance affiche un milliard de tonnes. C'est à peu près ce que pèserait la matière d'une étoile à neutrons si l'on pouvait la prélever et la peser.

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 matière noire — l'architecte invisible de l'Univers, qui empêche les galaxies de se disperser. Grâce à Fritz Zwicky et Vera Rubin, nous savons que la matière ordinaire dans le cosmos n'est qu'une infime impureté. Mais que se cache-t-il derrière cette matière noire ?

La nébuleuse d'Orion est la vitrine de l'astrophysique, un laboratoire pour étudier la formation stellaire à nos côtés. Depuis plus d'un siècle, sa lumière est décomposée en spectres, et chaque raie interdite murmure sa version du nombre d'électrons par centimètre cube.

Au cœur d'un amas stellaire dense règne une véritable forge : ici, les étoiles, telles des pièces incandescentes, se heurtent et fusionnent sous l'effet de la gravité, et ces fusions ne sont pas une catastrophe mais une opportunité. Chaque coup de marteau stellaire transmet une rotation au futur trou noir.

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.

Lorsqu'une planète géante se forme, elle attire du gaz. Une partie de ce gaz s'enroule autour d'elle en un petit disque — appelé disque circumplanétaire. C'est dans de tels disques que, selon les théories, naissent les satellites.

La constante cosmologique fait accélérer l'expansion de l'Univers. Dans un futur lointain, lorsque toute la matière se sera dissipée, il ne restera que l'espace de Sitter vide — le fond cosmique idéal.

Un tuyau d'incendie qui frappe un tas de neige. L'eau ne se contente pas de repousser la neige — là où elle frappe, naissent des éclaboussures, de la vapeur et un fracas. C'est à peu près ce qui se passe avec les jets — d'étroits flux de matière éjectés à grande vitesse des environs d'un trou noir.

L'Univers résonne. Pas au sens habituel — sa symphonie est inscrite dans les infimes variations de densité dont sont issues les galaxies et nous-mêmes.

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.

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.

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.

Dans un parc urbain, les arbres poussent plus vite que dans une forêt profonde. Non parce que le sol y est meilleur, mais parce que les branches s'y entrecroisent plus souvent et que les graines s'y échangent. C'est à peu près ce que vivent les galaxies du protomamasque de la Toile — un immense amas de matière qui, dans des milliards d'années, deviendra un amas mature.

Les trous noirs sont de deux sortes : les minuscules, vestiges d'explosions de supernovae, et les géants au cœur des galaxies. Mais où sont passés les intermédiaires, de quelques centaines à quelques milliers de masses solaires ?

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.

Dans l'Univers primordial, la densité des amas stellaires était si élevée que des étoiles colossales, de la taille du Système solaire, s'y formaient. Si une telle géante remplaçait le Soleil, sa frontière extérieure s'étendrait jusqu'à l'orbite de Jupiter.

Dans un grand nuage de gaz où naissent les étoiles, les lignes de champ magnétique sont alignées à peu près dans la même direction, comme les fibres d'un morceau de feutre.

Dans les nuages froids de gaz interstellaire s'étirent de longs filaments denses. À l'intérieur, comme dans des incubateurs surpeuplés, mûrissent les futures étoiles.

Dans un nuage sombre où aucune étoile ne s'est encore allumée, le gaz commence à se resserrer vers un centre commun. C'est ainsi que naissent les étoiles les plus massives de la Galaxie, celles qui sont des dizaines de fois plus lourdes que le Soleil.

Juste après le Big Bang, dont l'idée a été avancée par Georges Lemaître, le cosmos était un bouillon sombre d'hydrogène et d'hélium. Puis les premières étoiles s'allumèrent — immenses, éblouissantes et brûlantes, comme des étincelles d'un feu cosmique.

Au cœur même de la Voie lactée, derrière un épais rideau de poussière, se cache un gigantesque amas de gaz : la zone moléculaire centrale. On ne peut pas la voir à l'œil nu : la poussière absorbe la lumière visible, comme un brouillard épais masque les lumières d'une ville.

Lorsqu'une étoile massive meurt, son cœur se contracte en une étoile à neutrons, tandis que les couches externes sont éjectées dans une explosion. À ce moment naît un nuage de neutrinos incroyablement dense — des particules qui interagissent à peine avec la matière, mais qui « discutent » activement entre elles.

Dans les nuages de gaz froid où naissent les étoiles géantes, tout est en effervescence. Le gaz se comprime, tourbillonne, se fragmente en amas – les futures étoiles. On a longtemps pensé que le champ magnétique y mettait de l'ordre : comme des fils invisibles, il étirait les amas perpendiculairement à lui-même.

Les planètes naissent de la poussière. Dans le disque qui entoure une jeune étoile, d'infimes grains de poussière se heurtent, s'agglutinent et grossissent peu à peu, comme une boule de neige qui dévale une pente.

Dans l'amas de la Règle, l'amas de galaxies riche le plus proche de nous, les astronomes ont repéré une onde de choc. Elle est née lorsqu'un amas a percuté un autre, comme la vague à la proue d'un navire fendant l'eau. Cette onde a comprimé et chauffé le gaz entre les galaxies. Deux galaxies se trouvent juste derrière le front de l'onde.

Un nuage de gaz de la taille d'une petite galaxie s'abat sur la Voie lactée à des centaines de kilomètres par seconde. De tels nuages sont dits à haute vitesse, et jusqu'à présent on n'y avait jamais trouvé d'étoiles – seulement du gaz. Aujourd'hui, dans l'un d'eux, baptisé Complex H, des astronomes ont aperçu deux jeunes amas d'étoiles.

Lorsqu'une étoile massive épuise son carburant, son noyau s'effondre et une onde de choc se propage vers l'extérieur. Mais avant même que l'étoile ne se déchire, des particules qui interagissent à peine avec la matière ordinaire peuvent naître dans ses entrailles. Si elles se désintègrent en lumière, l'énergie se dissipe dans le gaz dense qui entoure l'étoile.

La cuisine où l'on fabrique les étoiles fonctionne selon une recette simple : autant de farine, autant de gâteaux. Pendant longtemps, les astronomes ont observé une relation stricte entre la masse d'une galaxie et la vitesse à laquelle elle forme des étoiles, et ils l'ont considérée comme une règle à part entière.

Une galaxie lointaine où naissent des centaines d'étoiles devrait briller dans la lumière de l'oxygène. C'est ce que pensaient les astronomes : les jeunes étoiles chaudes chauffent le gaz, qui émet alors une lueur infrarouge caractéristique à une longueur d'onde de 63 microns.

Le télescope James Webb a scruté l'amas de galaxies AS1063 et a distingué des dizaines de milliers d'amas globulaires — des « paquets » d'étoiles denses dispersés dans tout l'amas. Leur position coïncide avec la carte de la masse invisible, établie à partir de la courbure de la lumière des galaxies lointaines.

La jeune étoile PDS 66 est entourée d'un disque plat de gaz et de poussière — le berceau de futures planètes.