fonction de masse initiale

Un port vit au rythme des marées. L'eau monte puis se retire, et avec elle tout change : le niveau aux quais, la composition des sédiments au fond, même la salinité dans les coins reculés. Une galaxie fonctionne de manière similaire, mais au lieu de l'eau, c'est du gaz, et au lieu de la Lune, ce sont ses propres étoiles et les nuages voisins.

À 40 années-lumière de nous se trouve une étoile longtemps passée inaperçue : TRAPPIST-1 émet dans l'espace deux mille fois moins de lumière que le Soleil. En revanche, elle possède sept planètes de la taille de la Terre, dont trois orbitent dans la zone où l'eau pourrait rester liquide. Mais on savait peu de choses sur l'étoile elle-même, sur sa chimie interne.

Autour de chaque galaxie se trouve une couronne invisible de gaz froid. Elle s'étend bien au-delà des limites du disque stellaire et sert à la fois de réservoir de carburant pour de nouvelles étoiles et de cimetière pour la matière éjectée.

Un jeune amas d'étoiles ressemble à un orchestre avant le concert : chaque instrument s'accorde à sa manière, et le bourdonnement général semble chaotique. Mais si l'on tend l'oreille, on peut distinguer des notes individuelles.

Après le Big Bang, l'Univers a connu une expansion fulgurante — l'inflation — qui a lissé le Fond diffus cosmologique et semé les germes des galaxies.

La lumière d'un blazar lointain (un noyau actif de galaxie qui projette un jet dans notre direction) voyage vers nous pendant des milliards d'années. En chemin, elle génère des gerbes de particules chargées que le champ magnétique intergalactique dévie sur les côtés.

Une personne sur une vieille photo se tient dans une foule tout en tournant sur elle-même — deviner son âge est presque impossible. C'est à peu près ainsi que les astronomes déterminent l'âge et la masse des étoiles lointaines, et ils se trompent souvent.

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.

Les images de James Webb ont capté la lueur étonnamment vive des premières galaxies. Un grille-pain dore une tranche en une minute, tandis qu'un four cuit un pain en une heure — le résultat est le même. Dans l'espace, c'est pareil : les jeunes galaxies émettaient une lumière intense rapidement, comme un grille-pain, plutôt que de cuire des étoiles lentement, comme un four.

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.

Un projecteur éclaire une salle obscure. Entre la lampe et le mur, une lentille invisible passe — et la tache de lumière devient un instant plus brillante, se déplace légèrement.

Les trous noirs peuvent être légers — issus d'étoiles mourantes — ou supermassifs — au cœur des galaxies. Il manquait le chaînon intermédiaire.

Un immense nuage de gaz sombre s'étendait à travers l'univers jeune. À l'intérieur, comme des doigts invisibles, les lignes de champ magnétique issues de la naissance même du monde le traversaient. Ces champs agissent sur les particules chargées, les poussant les unes vers les autres — comme une brise légère qui rassemble les feuilles mortes en tas.

Les astronomes, tels des cuisiniers, ont longtemps préparé la description de l'Univers avec les mêmes recettes lourdes. Ces recettes – des formules mathématiques complexes – estimaient combien de galaxies de différentes luminosités et masses remplissent le cosmos, ainsi que la répartition des fondations invisibles de matière noire.

Dans les nuages froids de gaz interstellaire se cachent de longs et fins filaments, comme des fils dans une pelote. C'est en eux, par contraction, que naissent les nouvelles étoiles. Des astronomes ont sélectionné sept de ces nuages, situés entre 140 et 920 années-lumière, et ont mesuré combien de filaments de différentes épaisseurs ils contiennent.

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.

Le lithium est comme un thermomètre plongé dans les entrailles d'une étoile. Cet élément léger se détruit à une température d'environ 2,5 millions de degrés, si bien que sa quantité en surface révèle à quel point la matière stellaire a été mélangée en profondeur.

Deux étoiles très petites et froides, semblables à la célèbre TRAPPIST-1, vivent dans le jeune amas stellaire du Scorpion supérieur. Elles n'ont que 5 à 10 millions d'années – des bébés à l'échelle cosmique. Autour de chacune tourne un disque de gaz et de poussière, dans lequel des planètes pourraient éventuellement se former.

Les étoiles anciennes, presque dépourvues d'éléments lourds, sont comme des fossiles des premières lueurs cosmiques. On a longtemps cru que l'étrange rapport entre le carbone, l'hydrogène et l'hélium dans trois de ces étoiles exigeait l'explosion d'une hypernova — une supernova extrêmement brillante, avec une énergie des centaines de fois…

Chaque molécule est comme un jeu de construction d'atomes : les mêmes pièces peuvent être assemblées de différentes manières. Deux assemblages avec le même ensemble d'atomes mais une géométrie différente sont appelés isomères. Si l'un s'obtient de l'autre par une simple rotation autour d'une liaison, ce sont des conformères, comme un bras plié ou tendu.

L'Univers a longtemps été considéré comme un cuisinier strict : on pensait que dans chaque recoin, les étoiles étaient mélangées selon une seule recette — pour chaque étoile géante, on trouvait à peu près le même nombre de naines, peu importe où elles étaient nées.

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.

Dans l'amas stellaire NGC 2158, âgé de plus d'un milliard d'années, les astronomes ont compté la fréquence des étoiles vivant en couple. Le télescope Hubble a observé l'amas très longtemps pour détecter les étoiles les plus faibles, celles qui pèsent moins d'un tiers de la masse du Soleil.

Deux projecteurs placés côte à côte : de loin, leur lumière se fond en une seule tache, et l'on croit voir une source unique. Il en va de même dans l'espace : environ 10 à 20 % des étoiles faibles sont en réalité des paires serrées d'astres identiques. On ne peut pas les distinguer individuellement, mais ensemble, elles brillent nettement plus qu'une étoile simple ayant les mêmes paramètres.

La cuisine d'une galaxie lointaine ne se limite pas à son disque brillant. Autour de chaque système stellaire flotte un nuage de gaz invisible, comme la vapeur au-dessus d'une casserole de soupe. Des astronomes ont observé cette vapeur autour de galaxies telles qu'elles étaient seulement un milliard et demi d'années après le Big Bang.

Les premières étoiles se sont allumées dans des nuages qui ne contenaient que de l'hydrogène et de l'hélium. Les éléments lourds — carbone, oxygène, fer — sont apparus plus tard, à l'intérieur des étoiles.

Les nuages de gaz de la Voie lactée donnent naissance à des étoiles, et les plus lourdes d'entre elles sont de véritables géantes. On pensait autrefois qu'une telle étoile s'allumait presque instantanément, comme une ampoule. Mais une nouvelle étude montre que l'étoile grandit progressivement, comme une boule de neige qui dévale une pente. Plus elle roule, plus elle grossit.

Prenez une toupie d'enfant et lancez-la sur une table. Elle tourne régulièrement, et toutes ses parties se déplacent dans la même direction. Maintenant, jetez une poignée de perles sur le sol et soufflez dessus : chaque perle partira dans sa propre direction.

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.

Dans les nuages froids de gaz interstellaire, le carbone se cache dans les molécules de monoxyde de carbone (CO), comme le sucre dissous dans le thé. Mais près des étoiles massives et chaudes, ce « thé » entre en ébullition : le rayonnement intense déchire les molécules, et le carbone se libère sous forme d'atomes isolés ou d'ions.

Quand Edwin Hubble a découvert l'expansion de l'univers et que Vera Rubin a mis en évidence la matière noire, l'édifice de la cosmologie semblait solide.

Dans la pièce sombre de l'Univers primordial, une première étincelle a jailli. Quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, alors que le cosmos n'était rempli que d'hydrogène et d'hélium, sont nées les étoiles de population III, des géantes sans métaux dont la lumière a pour la première fois déchiré les ténèbres primordiales.