gaz chaud

Au centre de presque chaque grande galaxie se trouve un trou noir supermassif. Il ne se contente pas de dévorer le gaz qui tombe, il en rejette une partie sous forme de puissants jets. Ces jets, tels des pistons géants, poussent le gaz environnant et le chauffent.

La cible gazeuse ressemble à un entonnoir : plus ses parois sont raides, plus le flux est important. Seulement, dans cet entonnoir, ce n'est pas de l'eau qui s'écoule, mais de la lumière ultraviolette, qui naît lorsqu'une impulsion laser puissante traverse un nuage d'argon.

Un faisceau laser frappe une fine cible cachée à l'intérieur de couches d'un autre matériau. En quelques milliardièmes de seconde, la matière est comprimée jusqu'à une densité de 25 grammes par centimètre cube — c'est comme si un morceau de plomb devenait plus de deux fois plus lourd tout en restant en place.

Deux toupies tournent si près l'une de l'autre qu'elles se frôlent presque. L'une est d'un bleu incandescent, l'autre d'un blanc terne. Ensemble, elles font un tour complet en vingt heures. C'est la paire Feige 64 : une étoile bleue d'un tiers de la masse du Soleil et une naine blanche — le noyau refroidi d'une ancienne étoile — une fois et demie plus lourde que notre astre.

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.

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.

Au centre de l'amas de galaxies de la constellation de Persée se trouve la galaxie NGC 1275. De son noyau s'échappe un vent de gaz surchauffé – les astronomes l'ont pour la première fois observé en détail. Ce vent est visible grâce à la lueur de l'hydrogène et de l'oxygène.

Le champ lumineux, telle une gaufrier bien réglé, imprime dans l'espace un motif régulier de zones claires et sombres. Aux points les plus lumineux, comme dans de minuscules alvéoles, les atomes se logent – on obtient un réseau optique. C'est l'outil favori des physiciens pour étudier les comportements quantiques de la matière à l'état pur.

Huit cents millions d'années après le Big Bang — et au cœur d'une jeune galaxie bat déjà un moteur monstrueux. Un trou noir d'une masse de dix milliards de soleils dévore la matière si avidement que son rayonnement devrait éclipser tout alentour. Mais dehors, silence.

La température au centre d'un amas de galaxies atteint cent millions de degrés. Ces systèmes, les plus grands liés gravitationnellement, sont des laboratoires naturels où la nature cache 85% de sa masse dans la matière noire invisible.

Au cœur de l'immense galaxie Hydra-A, ça bouillonne. Un trou noir supermassif éjecte deux puissants jets de plasma – des jets relativistes. Ils percent le nuage de gaz surchauffé environnant et y gonflent des bulles géantes.

Une cascade qui ne se réchauffe pas en tombant mais qui gèle : c'est à peu près ce que fait le gaz qui s'écoule sur une étoile à neutrons dans un pulsar à rayons X lorsque l'étoile brille faiblement. D'habitude, la matière qui tombe s'échauffe jusqu'à devenir incandescente, mais une nouvelle étude montre l'inverse.

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.

Une sphère presque sans poids pour sa taille tourne autour de son étoile tous les quatre jours. La planète TOI-2195 A b est une véritable énigme : par sa masse, elle est un peu plus lourde que Neptune, mais elle s'est gonflée jusqu'à atteindre des volumes jupitériens. S'il existait un océan assez grand, cette exoplanète flotterait à sa surface, tel un énorme ballon gonflable.

Chaque sursaut radio rapide est comme un coup de cloche sonore dans le vide. Et dans son tintement qui s'estompe se cache toute la structure de l'espace : sur un trajet de milliards d'années-lumière, l'impulsion radio est légèrement retardée par chaque électron libre rencontré.

L'Univers à 700 millions d'années, c'est un chantier bruyant où les premières lumières commencent à peine à s'allumer. Les télescopes ont capté un signal de cette époque lointaine : la galaxie REBELS-25, massive et pleine de carburant stellaire.

Une immense ville allume chaque nuit de nouveaux réverbères. Mais un jour, un ouragan s'abat, arrache tout le carburant des entrepôts, et les réverbères s'éteignent un à un. C'est un peu ce que des astronomes ont observé dans une galaxie dont la lumière nous est parvenue après 12,5 milliards d'années.

En astrophysique, certains nombres semblent aléatoires mais se répètent avec l'obstination d'une incantation. L'un d'eux est le rapport entre la luminosité en rayons X et l'émission de la raie H-alpha de l'hydrogène dans les queues de gaz turbulentes.

Le cosmos est peuplé de sprinters invisibles — des particules filant à une vitesse proche de celle de la lumière. On les capture dans le vent solaire, près des étoiles à neutrons et même dans le vide intergalactique entre les galaxies. Mais qu'est-ce qui les propulse là où il n'y a ni ondes de choc, ni reconnexions magnétiques ?

Un minuscule trou noir — pas plus gros qu'un noyau atomique — flotte dans un nuage d'hydrogène. Il n'avale pas tout ce qui l'entoure, mais s'écoule lentement en rayonnement, maigrissant à chaque instant. Ainsi, une casserole sur la cuisinière ne bout pas immédiatement : d'abord, des bulles courent au fond, puis l'eau frémit de plus en plus fort.

Un claquement de mains comprime l'air qui s'échappe sur les côtés – c'est le choc le plus simple. Dans l'espace, ce sont les étoiles qui explosent qui jouent le rôle des paumes : leurs ondes de choc compriment brusquement le gaz et déclenchent un mélange chaotique – la turbulence.

Une supernova, c'est l'explosion finale d'une étoile massive, qui disperse sa matière sur des années-lumière. À l'intérieur de l'enveloppe en expansion subsiste une étoile à neutrons, et cette enveloppe continue de filer à travers le gaz interstellaire pendant des milliers d'années.

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.

Autour de notre Galaxie, telle une couronne invisible, s'étend un nuage de gaz ténu, chauffé à des millions de degrés. On l'appelle le halo galactique. Voir cette lueur directement est difficile : elle émet des rayons X mous, absorbés par l'atmosphère terrestre.

Une immense marmite de soupe bouillonnante s'étend sur des millions d'années-lumière. C'est l'atmosphère de l'amas de galaxies de Persée, un nuage de gaz incandescent maintenu par la gravité.

Cinq galaxies qui ont depuis longtemps cessé d'allumer de nouvelles étoiles ressemblent à des maisons aux fenêtres éteintes. Mais le radiotélescope ALMA et le télescope spatial James Webb ont regardé à l'intérieur et ont vu : dans ces maisons « endormies », un feu couve encore.

L'espace interstellaire n'est pas vide : il est rempli d'un gaz ténu, tantôt chaud, tantôt froid. Les frontières entre ces régions évoquent les parois entre des bulles de savon.

Un piège magnétique en forme de beignet confine un plasma de bore et d'hydrogène. À l'intérieur, la température dépasse les cent millions de degrés — plus chaud qu'au cœur du Soleil. À cette chaleur, les noyaux entrent en collision et fusionnent, libérant de l'énergie.

Dans un nuage de gaz froid où naît une étoile, la chimie sommeille. Les molécules se heurtent rarement, les réactions s'immobilisent. Mais si une particule chargée traverse le nuage, elle arrache des électrons aux atomes – elle les ionise. Ainsi, dans le nuage endormi, apparaissent des ions actifs, prêts à construire de nouvelles molécules.

Autour de chaque galaxie se trouve une enveloppe invisible de gaz chaud, comme la vapeur au-dessus d'une casserole d'eau bouillante. Ce gaz émet très peu de rayons X, ce qui le rend très difficile à mesurer. Pourtant, c'est en lui que se trouve la mémoire des explosions d'étoiles et de la croissance de la galaxie.

Une casserole d'eau bouillante sur la cuisinière : plus la flamme est forte, plus l'eau est chaude et plus la vapeur s'échappe. C'est à peu près ainsi que se comporte le gaz chaud dans les amas de galaxies. Mais dans les petits groupes de galaxies, cette « vapeur » s'échappe plus vite que ne le laisserait attendre la température.

Au centre de la Voie lactée, parmi les nuages denses de gaz et de poussière, se trouve une région appelée Sagittaire C. Elle ressemble à un carrefour animé : des étoiles y naissent, des flux de matière s'y heurtent, et tout cela est éclairé par des rayons X. Pendant longtemps, cette lueur est restée une énigme.

Dans une galaxie extrêmement lointaine s'est allumée une sorte d'enseigne au néon cosmique : presque tout son rayonnement provient d'un gaz incandescent, et les étoiles se perdent littéralement dans cette lueur.

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.

Le gaz d'une galaxie brille comme une enseigne au néon, et c'est en observant la couleur de cette lueur que les astronomes déterminent sa température. La logique est simple : plus le gaz contient d'éléments lourds (que les astronomes appellent « métaux »), plus il se refroidit efficacement. Les galaxies riches en métaux devraient donc être plus froides.

Le télescope spatial TESS surveille des milliers d'étoiles et capture le moment où une planète passe devant le disque de son étoile — la lumière de l'étoile diminue alors légèrement. C'est ainsi que les astronomes ont repéré deux planètes autour d'étoiles semblables à notre Soleil.

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 un nuage où naissent des étoiles massives, il existe un cœur dense et chaud. Comme dans une cuisine surpeuplée où la chaleur de la cuisinière fait évaporer les odeurs, ici la chaleur des jeunes étoiles fait s'évaporer les molécules de la surface des grains de poussière cosmique.

La planète HIP 67522 b est toute jeune : elle n'a que 17 millions d'années, alors que la Terre en a 4,5 milliards. C'est un Jupiter chaud — une géante gazeuse qui orbite très près de son étoile, ce qui rend son atmosphère brûlante et gonflée.

Dans un nuage de gaz dense où se forme une étoile plus lourde que le Soleil, il existe une minuscule source d'ondes radio. Elle fonctionne comme un laser : les molécules de méthanol amplifient le rayonnement, et nous voyons un point brillant. Mais ce point se comporte étrangement — sa luminosité monte et descend en quelques heures.