infrarouge

Chaque seconde, des milliers d'avions de ligne dans le ciel émettent des signaux radio – c'est ainsi que les contrôleurs aériens voient où se trouve chaque appareil. Ces signaux ne se propagent pas en ligne droite : l'air, selon son humidité, les courbe comme une lentille.

Une lampe de poche ordinaire éclaire dans toutes les directions, et après quelques dizaines de mètres, son faisceau s'affaiblit au point d'éclairer à peine un mur. L'atmosphère diffuse la lumière, et le vent ainsi que les courants thermiques la déforment encore davantage.

Chaque matin, le jardinier ratisse les feuilles en un tas. Le Soleil, en traversant la galaxie, fait quelque chose de semblable : sa gravité rassemble le gaz interstellaire diffus en un cône invisible — un entonnoir géant.

Il y a dix milliards d’années, l’Univers était parsemé d’étranges étincelles écarlates. Le télescope James Webb les a repérées sur les images de lointains décalages vers le rouge — des sources compactes brillant comme des galaxies entières, mais à peine plus grandes qu’une région minuscule en leur centre.

En théorie quantique des champs, il existe une énigme ancienne : les divergences infrarouges. On les perçoit généralement comme un désagrément technique qu'il faut soigneusement « masquer » dans les calculs. Mais si ce n'était pas un bug, mais une fonctionnalité ?

L'Univers a moins d'un milliard d'années, et pourtant, en son centre, trônent déjà des trous noirs d'une masse d'un milliard de soleils.

Quand deux étoiles à neutrons — les noyaux ultra-denses d'étoiles mortes — entrent en collision, une kilonova naît : une explosion mille fois plus brillante qu'une nova classique. C'est un véritable creuset cosmique.

L'Univers est un immense orchestre interprétant la partition de l'expansion. Les galaxies s'éloignent au rythme d'une musique inaudible : l'énergie noire.

Lorsque le télescope spatial James Webb a plongé son regard dans les profondeurs du temps, les astronomes s'attendaient à voir des galaxies familières. Mais au lieu de cela, les images se sont révélées parsemées d'une multitude de points rouges, brillants et incroyablement compacts.

Un feu que personne ne voit, mais dont tout le monde sent la chaleur — c'est ainsi que les astronomes ont découvert une éruption dans une galaxie lointaine. Non pas par la lumière, mais par le rayonnement infrarouge de la poussière chauffée.

Un télémètre ordinaire envoie une impulsion lumineuse unique et attend son retour, comme une personne qui crie dans le vide et écoute l'écho. Mais si l'on active plusieurs sources qui brillent à l'unisson et que l'on analyse non pas l'intensité, mais le rythme des échos des flashs réfléchis, l'image devient plus nette.

Le rayonnement fossile est la lueur résiduelle du Big Bang, que nous observons sur les ondes millimétriques. Mais il possède aussi une traîne de grandes longueurs d'onde qui s'étend dans le domaine radio.

Les étoiles à neutrons sont les vestiges ultra-compacts d'étoiles, où la matière est compressée à la limite décrite par Subrahmanyan Chandrasekhar.

Une galaxie ressemble à une crêpe lumineuse parsemée d'étoiles. Si on la regarde à plat, on voit tout d'un coup – les bras brillants et les couches sombres de poussière. Mais il suffit d'incliner la crêpe pour que le tableau change : les couches se superposent, la lumière se mélange.

Un gaz est presque invisible, mais il a une température, et on peut la lire dans la façon dont il « masque » le fond thermique. Dans l'expérience, une caméra observe un écran chaud à travers un jet de dioxyde de carbone. Si le gaz est plus froid que le fond, il apparaît comme une tache sombre ; s'il est plus chaud, comme une tache claire.

Le ciel nocturne n'est plus aussi silencieux qu'avant. Des milliers de satellites défilent au-dessus de nos têtes, et chacun peut émettre des ondes radio par inadvertance, gênant les astronomes qui écoutent les galaxies lointaines. Pour comprendre ce bruit, des scientifiques ont pointé le radiotélescope 21CMA, en Chine, vers les passages des satellites Starlink.

L'univers est maintenu par une charpente invisible de matière noire. Peut-être qu'une partie de celle-ci est constituée de photons sombres, des copies fantomatiques de la lumière qui traversent la matière.

La couronne solaire, l'atmosphère externe du Soleil, s'étend sur des millions de kilomètres, mais on ne peut l'observer que lors d'une éclipse totale ou avec des instruments spéciaux.

Une étoile vieillissante éjecte ses couches externes, laissant un noyau dense et chaud de la taille de la Terre – une naine blanche. Si des débris de planètes, d'astéroïdes ou de comètes orbitent à proximité, ils se réchauffent et commencent à briller dans l'infrarouge.

Un objet rouge lointain signifie généralement une chose : un rideau de poussière devant un disque incandescent qui tombe dans un trou noir. Mais lorsque James Webb a décomposé sa lumière en nuances, une ombre est apparue à l'intérieur — exactement comme la vapeur d'eau bouillante intercepte les rayons.

Une marmite en ébullition : la vapeur monte, l'eau bouillonne, et la température varie d'un point à l'autre. Il en va de même dans l'espace : les nuages de gaz autour des jeunes étoiles ne sont pas des sphères lisses, mais un mélange bouillonnant avec des tourbillons et des variations de densité.

Le ciel nocturne ne brille pas seulement par ses étoiles. Entre elles s'étend une faible lueur micro-onde que les astronomes observent depuis trois décennies sans pouvoir l'expliquer.

Dans un accélérateur de particules, les électrons filent en cercle à une vitesse proche de celle de la lumière. Quand un tel électron entre en collision avec un photon — une particule de lumière —, le photon rebondit comme une balle contre un camion lancé à toute allure et repart avec une énergie bien plus grande.

Les astronomes les ont surnommés « petits points rouges » : de lointaines galaxies au centre desquelles se cache un trou noir géant, enveloppé dans une épaisse couche d'hydrogène. Cet emballage n'est pas qu'un camouflage, c'est un véritable canon naturel. Le trou noir aspire la matière, mais en rejette une partie sous forme de jets étroits.

Tout appareil, du grille-pain au smartphone, chauffe lorsqu'il fonctionne. C'est le résultat inévitable de la transformation de l'énergie : il reste toujours une trace thermique, comme une plaque de cuisson encore chaude après la cuisson.

Deux maisons avec des façades identiques mais des plans intérieurs différents : de l'extérieur, le spectre en V se ressemble, mais à l'intérieur, les sources de lumière et la quantité de poussière diffèrent. C'est exactement ce que l'on observe pour deux populations de galaxies lointaines que les astronomes ont longtemps confondues.

Au centre du rémanent de la supernova SN 1987A, à 168 000 années-lumière de la Terre, se cache un objet que les astronomes cherchent depuis 37 ans. C'est la supernova la plus proche qui ait explosé sous les yeux des télescopes modernes, et la seule dont le rémanent compact n'a toujours pas pu être observé directement.

Le radiotélescope RATAN-600 est un anneau de centaines de panneaux d'aluminium sur le flanc d'une montagne en Karatchaïévo-Tcherkessie. Au printemps 2018, son miroir a capté les ondes radio de seize naines rouges — des étoiles petites, sombres, mais à la très longue durée de vie.