espace interstellaire

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.

Le nuage L1688, dans la constellation d'Ophiuchus, évoque une piste de danse où les partenaires ne se tiennent pas toujours par la main. Les astronomes ont longtemps supposé que le gaz des nuages moléculaires se déplace avec les jeunes étoiles qui y naissent.

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.

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.

Un comptable a passé en revue toutes les usines, les entrepôts et les magasins, mais le bilan ne colle pas : la moitié de la marchandise s'est comme volatilisée. C'est à peu près ce que vivent les astronomes depuis des décennies en cherchant la matière ordinaire dans l'Univers actuel.

Dans la cuisine sombre du nuage moléculaire du Taureau, à 450 années-lumière de nous, des dizaines de systèmes planétaires sont en préparation.

À 1900 parsecs de nous, dans la constellation du Petit Renard, pulse l'étoile V420 Vul, une variable de type Mira. Ces étoiles, en fin de vie, gonflent et éjectent leurs couches externes. Mais autour de V420 Vul, les astronomes ont observé non pas une simple enveloppe éjectée, mais quelque chose de plus subtil.

Le spectrographe de JWST a capté une infime chute dans le spectre d'une galaxie lointaine — deux raies, telles des ombres laissées par du gaz froid. Ce sont les raies du sodium, cette même lumière jaune des lampadaires. Ici, aux confins de l'Univers visible, elles trahissent un souffle paresseux de la galaxie qui restitue sa matière dans l'espace.

Dans l'Univers jeune, à peine quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, les astronomes observent d'étranges objets : de petits points rouges. Ils sont compacts, rouges, et dans leurs spectres, les larges raies de Balmer trahissent la présence de trous noirs supermassifs.

Pendant treize milliards d'années, la lumière a voyagé à travers le vide cosmique. Elle contournait de massifs galaxie qui, comme l'avait prédit Einstein, agissaient comme des lentilles géantes — amplifiant et déformant le lointain rayonnement. En 2023, l'instrument NIRSpec à bord de James Webb a capté cette lumière et l'a décomposée en spectres.

L'âge d'une étoile est la clé de l'histoire de la Galaxie. Mais arracher cette clé à la nature n'est pas chose aisée : contrairement à un arbre, une étoile ne produit pas de cernes annuels. Pourtant, son atmosphère renferme un code chimique : le rapport des éléments, qui a lentement changé au fil des générations d'étoiles qui mouraient et naissaient.

La formation de la Voie lactée est un spectacle cosmique grandiose, où les fusions de galaxies naines se sont tissées dans une partition unique. Chaque événement a laissé une trace dans la dynamique et la composition chimique des étoiles, un peu comme les notes capturent l'intention du compositeur.

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.

Le spectacle cosmique se déroule sur la scène de la galaxie Centaurus A. Dans le rôle principal, un trou noir supermassif avec un jet puissant qui transperce l'espace sur des centaines de milliers d'années-lumière.

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.

Au centre de la Voie lactée, là où règne sans partage le trou noir supermassif Sagittaire A* (dont la métrique fut obtenue pour la première fois par Karl Schwarzschild), l'étoile S4714 effectue un voyage vertigineux.

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.

Au centre de la Voie lactée, comme une poupée russe dans une autre, se cache un trou noir supermassif, entouré d'un essaim d'étoiles et d'une coquille invisible de matière noire. Cette coquille, ou « pic », devrait en théorie être très dense près de l'horizon.

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.

Dans la famille des résidus ultra-denses d'étoiles mortes, un vide a longtemps béé. Les étoiles à neutrons — des toupies fulgurantes de la taille d'une ville — dépassent rarement deux masses solaires. Les trous noirs commencent aux alentours de cinq masses solaires. Entre les deux, un « gouffre » où l'on n'a trouvé aucun objet pendant des décennies.

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 ?

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

Dans le centre densément peuplé de la galaxie, deux étoiles tournent si près l'une de l'autre que l'une arrache les couches externes de l'autre — comme le vent emporte un vêtement. Il reste un noyau d'hélium brûlant, une étoile sans enveloppe d'hydrogène.

Pendant près d'un demi-siècle, les astronomes ont cherché délibérément la glycine – l'acide aminé le plus simple, l'un des éléments fondamentaux des protéines – dans le milieu interstellaire.

Une ville lointaine vue à travers une vitre embuée : les lumières vives se brouillent, les détails se perdent. C'est à peu près ainsi que les astronomes voient le gaz contenant des ions magnésium (magnésium) dans notre Galaxie — les raies spectrales les plus fortes « saturent », empêchant de comprendre la quantité réelle de matière.

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.

Une étoile naissante ressemble à un batteur de cuisine : elle fouette le nuage environnant et des éclaboussures volent dans toutes les directions. Sauf qu'au lieu de pâte, ce sont du gaz et de la poussière. Auparavant, les astronomes ne voyaient que des jets de gaz, et la poussière était jugée trop fragile : l'onde de choc devrait briser les grains en atomes.

Chaque galaxie flotte dans un nuage de gaz invisible, comme un fruit dans un sirop. Ce gaz est un reste du matériau de construction à partir duquel les étoiles se sont formées, et il est constamment alimenté par de nouvelles portions provenant de l'espace intergalactique. Le voir directement est presque impossible : il est trop ténu et trop froid.

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.

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.

La galaxie Holmberg IX ressemble à une ville où l'on cesserait soudain de construire de nouveaux immeubles, alors que les matériaux ne manquent pas. Les astronomes l'ont observée avec différents télescopes et ont vu une scène étrange : le gaz et les éléments lourds abondent, mais la poussière est presque absente.

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.

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.

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.

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.

Grâce au télescope infrarouge James Webb et au vieux Hubble, des astronomes ont repéré au centre d'une galaxie de l'amas Abell 402 un vide béant, comme si un tracteur invisible avait arraché des milliards d'étoiles.

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.