halo galactique

Un rayon de lumière passant près d'un corps massif le contourne, comme un coureur contourne le virage d'un stade. Pour une étoile à neutrons, cet angle de déviation est généralement considéré comme identique à celui d'une masse ponctuelle.

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.

L'amas de galaxies RXC J0528.9−3927 ressemble à une ville enveloppée de brume : au centre, un halo radio brille intensément, et plus loin, au-delà des limites habituelles, les astronomes ont discerné une lueur à peine perceptible. Elle s'étend sur deux millions d'années-lumière — trois fois plus loin que le halo lui-même.

Le ciel nocturne semble noir, mais si l'on retire les étoiles et que l'on accumule la lumière longtemps, une lueur ténue apparaît – la lumière totale de toutes les galaxies nées depuis 13,8 milliards d'années. Les astronomes l'appellent la lumière extragalactique de fond.

La galaxie d'Andromède est notre plus proche grande voisine, et comme la Voie lactée, elle possède un manteau de gaz invisible. Ce manteau, fait de gaz très chaud et ténu, s'étend sur des centaines de milliers d'années-lumière. Le voir directement est presque impossible – le gaz est trop faible.

Les étoiles les plus massives ressemblent à des ballons trop gonflés : leur enveloppe ne s’étire plus, elle commence au contraire à laisser échapper rapidement de la matière. À un certain stade, la perte de masse devient si forte que l’étoile cesse d’augmenter en taille.

Au centre d'une galaxie se trouve un trou noir supermassif, entouré d'un vaste nuage ténu de matière noire. Il n'émet pas de lumière, ne chauffe pas, mais par sa gravité il courbe l'espace et change les règles du jeu pour tout ce qui gravite à proximité.

L'Univers a résonné intensément dans ses premiers instants. À l'époque de l'inflation, lorsque l'expansion de l'espace dépassait la vitesse de la lumière, les énergies en jeu étaient colossales — des milliers de milliards de fois supérieures à celles du Grand collisionneur de hadrons.

Dans la galaxie NGC 1052 DF2, les étoiles se déplacent à seulement 8 kilomètres par seconde — comme si aucune masse invisible n'était présente. Pour comparaison, dans notre Voie lactée, les étoiles périphériques atteignent 200 kilomètres par seconde, retenues par un halo massif de matière noire.

Trois cordes invisibles vibrent dans le vide intergalactique. Ce n'est pas de la poésie, mais une hypothèse sur la nature de la matière noire : un champ quantique ultra-léger de spin 1, porteur de trois polarisations.

La matière noire est invisible aux télescopes, mais sa gravité a été révélée il y a un demi-siècle par Vera Rubin.

Une enquête cosmique longue d'une décennie et demie a livré un indice inattendu. Le télescope Fermi, qui scrute le ciel en rayons gamma, a détecté une lueur régulière et faible qui enveloppe toute la Voie lactée. Elle ne ressemble ni à la lumière des étoiles ni à celle d'un gaz chaud — plutôt à une brume ténue mais omniprésente.

La matière noire — la fondation invisible de l'architecture cosmique — représente 85% de toute la masse, mais échappe à toute observation directe.

Vous vous souvenez de la comète comète 1I/Oumuamua, ce premier objet venu d'une autre étoile ? Sa trajectoire hyperbolique ne laissait aucun doute : c'était un vagabond de l'espace interstellaire.

Tout n'a pas commencé par le vide, mais par un océan bouillonnant de plasma. Dans ce bouillon primordial, des ondes sonores traversaient la matière en feu, se heurtaient et la comprimaient. Parfois, un amas devenait si dense que la lumière ne pouvait plus s'en échapper — et, directement du gaz incandescent, naissait un trou noir primordial.

Une planète de la taille de Neptune s'est approchée trop près de son étoile. L'étoile commence à attirer les couches supérieures de la planète — le gaz s'en échappe comme l'eau d'un seau trop plein. Ce processus est appelé débordement par le lobe de Roche (c'est ainsi que les astronomes désignent la limite au-delà de laquelle l'étoile peut arracher de la matière à la planète).

Le jeune super-Jupiter exoplanète TWA5B – une boule incandescente de 25 masses joviennes – flotte à une cinquantaine d'années-lumière de nous. Sa faible lueur infrarouge a longtemps masqué sa composition chimique.

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.

Parmi les trésors étincelants de l'Univers primordial capturés par James Webb, certains objets ressemblent à des perles de rubis éparpillées sur du velours noir. Ce sont les « petites points rouges » (LRD) — des sources compactes aux spectres rouges abrupts, abritant des trous noirs supermassifs pouvant atteindre cent millions de masses solaires.

Un immense disque de gaz et de poussière en rotation entoure une jeune étoile. Dans cette « maternité » planétaire, on observe souvent des anneaux et des espaces vides, comme si une charrue invisible avait tracé des sillons. On les attribue généralement à des planètes déjà formées qui, par leur gravité, dégagent des pistes.

Un minuscule trou noir traverse un nuage de gaz. Il ne l'absorbe pas, mais au contraire le chauffe, comme un fer à repasser laissé sur un tissu humide. Il émet un rayonnement et une tache chaude apparaît autour de lui, une région où la température est des centaines de fois supérieure à celle de l'espace environnant.

Récemment, des astronomes ont repéré trois comètes interstellaires venant des profondeurs de l'espace. L'une d'elles, 3I/ATLAS, s'est révélée étonnamment grande — son noyau atteint plusieurs kilomètres de diamètre.

Juste après le Big Bang, l'espace s'est couvert d'ondulations — des ondes gravitationnelles, comme celles provoquées par une pierre jetée dans l'eau. Ces vibrations de la trame même de l'univers, prédites par Alan Guth, se sont étendues à tout le cosmos.

Le nuage d'Oort est un essaim sphérique de milliards de corps glacés situé à la limite du Système solaire, à environ une année-lumière du Soleil. Ces objets sont presque immobiles les uns par rapport aux autres, jusqu'à ce qu'une perturbation gravitationnelle vienne troubler leur repos.

Dans une immense salle obscure, quelqu'un d'invisible effleure les cordes. Le gaz cosmique — l'hydrogène raréfié qui remplissait l'univers jeune — ressemble à des cordes tendues qui peuvent vibrer sur une onde radio de 21 centimètres. C'est l'hydrogène qui murmure sa température.

À la périphérie de notre Galaxie, bien au-delà du disque d'étoiles familier, le télescope Subaru a aperçu quelque chose d'inattendu : un nuage d'étoiles dispersé, s'étendant sur une surface de cent degrés carrés dans le ciel.

La matière noire est cette substance invisible qui empêche les galaxies de s'éparpiller. Si ses particules se désintègrent parfois près du Soleil, elles éjectent des flux de particules rapides – comme des marteaux invisibles qui frappent la lumière.

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.

À la périphérie de l'amas de la Vierge, là où les galaxies se pressent sans encore former un amas dense, se trouve VCC 693. De l'extérieur, c'est une naine quelconque : un petit nuage d'étoiles et de gaz. Mais les astronomes ont soupçonné que derrière cette apparence tranquille se cache un passé tumultueux.

En 2015, des astronomes observaient l'amas de galaxies de la Chevelure de Bérénice et ont remarqué quelque chose d'étrange : d'énormes « flocons » presque invisibles. Ces galaxies ont la taille de notre Voie lactée, mais brillent des centaines de fois plus faiblement. On les a appelées ultra-diffuses, c'est-à-dire « extrêmement étalées ».

Dans l'amas de galaxies de la Chevelure de Bérénice, à environ 320 millions d'années-lumière de nous, s'étend un nuage invisible à l'œil nu. Il brille dans le domaine radio – c'est un halo radio, un amas géant de particules chargées accélérées à une vitesse proche de celle de la lumière.

Dans un nuage de gaz froid et sombre, là où une étoile commence tout juste à se former, le télescope ALMA a repéré un anneau inhabituel. Il est composé de gaz plus chaud et plus dense que son environnement.

Dans les données radio du ciel, comme sur une vieille pellicule photographique, deux bandes de gaz lumineuses sont apparues. Elles se déplacent à des vitesses différentes, mais restent suspendues près de la même étoile faible. L'étoile et les bandes se trouvent à l'intérieur d'une immense bulle vide dans le gaz interstellaire.

Dans les premiers instants après le Big Bang, l'Univers était presque uniforme, comme une pâte bien lisse. Mais dès un milliard d'années plus tard, la pâte a commencé à lever plus vite à certains endroits : des amas de centaines de galaxies sont apparus, que les astronomes appellent des protoamas.

En utilisant des marqueurs de couleur sur les images du James Webb, les astronomes ont repéré des galaxies qui disparaissent en ultraviolet — le brouillard d'hydrogène à une certaine distance coupe leur lumière. C'est ainsi qu'ils ont trouvé les plus anciens systèmes stellaires.

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.

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.