milieu intraamas

Un aspirateur aspire la poussière, même si elle est plus abondante près du suceur. Il en va de même dans un tokamak : les particules de plasma sont attirées vers le centre, alors que leur densité est plus élevée au bord. Ce phénomène est appelé « pinch de particules », et il contredit la règle habituelle selon laquelle tout tend à se déplacer d'une zone dense vers une zone raréfiée.

Un petit monstre se cache dans une galaxie naine, et c'est son voisin qui le nourrit. La galaxie satellite fusionne lentement avec une voisine massive, et le gaz des régions externes tombe vers le centre, où se trouve un trou noir.

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.

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.

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.

Autour des jeunes étoiles tourbillonnent de plats nuages de gaz et de poussière — les futures systèmes planétaires. À l'intérieur de certains d'entre eux, un vide béant : la poussière et le gaz ont été balayés, comme si quelqu'un avait éclairci le milieu d'un disque vinyle.

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.

Le radiotélescope FAST, avec son antenne de cinq cents mètres, a capté un signal sur une longueur d'onde de 21 centimètres – c'est ainsi que l'hydrogène froid émet. Le signal provenait d'un nuage baptisé Cloud-9. Il flotte dans l'espace à côté de la galaxie M94, mais ne renferme pas une seule étoile.

L'onde gravitationnelle issue d'une fusion de trous noirs, c'est comme le son d'une cloche dans la nuit. L'intensité du son permet de savoir à quelle distance se trouve la source.

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.

En 2019, un invité inhabituel a fait irruption dans le Système solaire : la comète 3I/ATLAS. Elle venait d'une autre étoile, et pour la première fois, les astronomes ont pu examiner la composition de sa queue de poussière.

L'amas de galaxies de Persée est une mégalopole géante de milliers d'îles stellaires, baignée dans un océan invisible de gaz surchauffé. Ce gaz, telle une brume urbaine, conserve les traces de toutes les usines chimiques qui ont fonctionné dans les galaxies pendant des milliards d'années : les explosions de supernovae qui dispersent des atomes fraîchement forgés.

Un nuage géant de matière invisible agit comme un miroir déformant — il dévie la lumière d'une galaxie lointaine. Grâce à ces distorsions, les astronomes peuvent peser le nuage et sonder ses entrailles.

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.

Un tuyau d'incendie qui frappe un tas de neige. L'eau ne se contente pas de repousser la neige — là où elle frappe, naissent des éclaboussures, de la vapeur et un fracas. C'est à peu près ce qui se passe avec les jets — d'étroits flux de matière éjectés à grande vitesse des environs d'un trou noir.

Une ville géante de plusieurs milliers de galaxies est enveloppée d'un nuage invisible de gaz surchauffé. Ce gaz est comme l'air d'une pièce : il peut être calme ou agité par des courants d'air. Les astronomes ont pointé un « thermomètre » à rayons X dernier cri vers cette ville – l'amas Abell 1795 – et ont mesuré la vitesse à laquelle le gaz s'y déplace.

Les trous noirs supermassifs au centre des galaxies sont comme d'immenses banians : leurs racines aériennes, des filaments, s'étendent sur des kiloparsecs pour puiser la matière nutritive.

Une foule est enfermée dans un couloir étroit entre deux rangées de miroirs. De temps en temps, quelqu'un pousse violemment le mur, et un grondement parcourt le couloir – c'est ainsi que dans le plasma des amas de galaxies apparaissent des ondes-sifflements et des ondes ion-cyclotron.

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 ?

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.

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

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.

Deux horloges affichent des heures différentes. L'une est sur notre table, l'autre est loin dans le passé, dans la lueur laissée par le Big Bang. La première, en observant les galaxies proches, mesure la vitesse d'expansion de l'Univers – environ 73 kilomètres par seconde par mégaparsec.

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.

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.

On ouvre un vieux coffre rempli de trésors de famille et, à l'intérieur, on découvre des bijoux que l'on croyait contemporains de l'arrière-grand-mère. Mais voilà que l'on s'aperçoit que l'or a été refondu, que les pierres ont été retaillées, et que cela s'est produit bien plus tard qu'on ne le pensait.

Dans un nuage froid de gaz et de poussière, que les astronomes appellent TMC-1, on a récemment découvert deux substances soufrées : l'une sent l'amande amère, l'autre les œufs pourris. Mais dans un tel nuage, il y a moins de soufre qu'il ne devrait y en avoir. Où passe-t-il ? Il semble se cacher dans de minuscules poches de glace à la surface des grains de poussière.

Au cœur de l'amas de galaxies d'Ophiuchus flotte une bulle de plasma chaud de la taille de plusieurs galaxies. Elle s'élève comme un ballon géant dans l'atmosphère, laissant derrière elle un sillage, une région où le gaz est mis en mouvement.

Deux amas de galaxies sont entrés en collision, comme deux nuées d'abeilles qui se traversent mutuellement. L'un d'eux est la célèbre « Balle ».

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.

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.

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.

Dans les amas de galaxies, la matière noire invisible sert de charpente qui maintient les systèmes stellaires ensemble. Sa forme est révélée par une lueur diffuse — les étoiles arrachées aux galaxies par les forces de marée.

Les radiotélescopes ont enregistré les raies spectrales d'émission de la source chaude compacte G358.93-0.03 MM1 — un cocon au sein duquel se forme une protostar massive. Dans ce rayonnement, on a identifié les raies du glycolamide, une molécule construite sur un squelette carboné.

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.