lhaaso

Au sous-sol du laboratoire, un aimant de 8 teslas bourdonne. À l'intérieur, tel une cloche dans un clocher, est suspendu un cylindre creux en cuivre, accordé sur une note unique. Si un axion, particule de matière noire, venait à passer à proximité, le cylindre répondrait par un tintement faible.

Un orage dans les hautes couches de l'atmosphère dure des millionièmes de seconde. Un rayon cosmique, proton ou noyau d'hélium, frappe les molécules d'air, et tout un essaim de particules s'abat vers le bas. La plupart restent groupées, mais parfois une particule reçoit tellement d'énergie qu'elle s'élance en avant.

Le ciel nocturne en lumière neutrino ressemble à une toile sur laquelle travaillent deux mains. L'une tient un pinceau large et doux : ce sont les restes de supernova, les enveloppes laissées par les explosions d'étoiles. L'autre serre une plume fine et dure : les microquasars, des systèmes binaires où un trou noir enroule la matière en jets étroits.

Le pulsar PSR J1740+1000 est une étoile de la taille d'une ville qui tourne plus vite qu'un mixeur de cuisine. Après l'explosion d'une supernova, il en reste un noyau dense qui accélère des particules à des vitesses proches de celle de la lumière.

Une lampe est cachée derrière un grand aquarium rempli d'eau. Vous ne voyez pas une seule source de lumière, mais plusieurs de ses reflets et réfractions — l'eau courbe le trajet des rayons.

Tout en haut des montagnes, là où l'air est pur et silencieux, des physiciens s'apprêtent à attraper des visiteurs insaisissables venus du cosmos : les neutrinos. Ces particules, telles des fantômes, traversent la Terre sans presque laisser de traces. Mais parfois, un neutrino percute un atome, engendrant une pluie de particules que l'on peut observer.

L'Univers est une immense salle de concert où, au lieu de murs et de balcons, flottent des nuages invisibles de matière noire. Cet ensemble architectural n'est pas statique : il réfracte et diffuse la « musique » qui le traverse — les ondes gravitationnelles issues des fusions de trous noirs.

La lumière d'une étoile lointaine porte en elle le bourdonnement silencieux des atmosphères des planètes qui orbitent autour d'elle. Pendant longtemps, la capter revenait à distinguer un murmure dans le rugissement d'une cascade.

Pendant longtemps, les astronomes ont cherché les « usines » des rayons cosmiques les plus énergétiques, ces particules qui portent en elles le macrocosme compressé à l'échelle du noyau atomique. Les suspects étaient les colossales régions de formation d'étoiles comme Cygnus OB2, où les vents des jeunes géantes entrent en collision.

Dans la constellation de l'Aigle, à environ 40 000 années-lumière de nous, fonctionne l'un des accélérateurs naturels les plus puissants de la Galaxie. Il s'agit du microquasar GRS 1915+105, une paire composée d'une étoile ordinaire et d'un trou noir.

Au cœur de la Galaxie, à environ 7 000 parsecs, se cache un véritable accélérateur naturel. C'est une étoile à neutrons en rotation effrénée — un pulsar nommé PSR J1849-0001, vestige d'une explosion de supernova.

Écouter l'espace, c'est s'armer de patience et affiner son oreille. Les astronomes ont choisi pour cela l'instrument basse fréquence le plus sensible : le réseau d'antennes OVRO-LWA – 352 antennes dipôles réparties sur deux kilomètres et demi dans le désert californien.

Dans les années 1930, Fritz Zwicky fut le premier à remarquer que les galaxies des amas se déplacent trop vite — quelque chose d'invisible les retenait. Plus tard, Vera Rubin mesura la rotation des galaxies spirales, confirmant que le cosmos est imprégné de matière noire.

Il y a près de 12 milliards d'années, alors que l'Univers vivait son intense « midi cosmique » — une époque de formation stellaire record —, un quasar nommé WISSH13 s'embrasait au cœur d'une galaxie.

L'aurore boréale, c'est un peu comme un théâtre lointain : le spectacle peut bien avoir lieu, mais le spectateur ne le verra que si le rideau se lève. Ici, le rideau, ce sont les nuages et la lumière de la Lune.

Une loupe concentre la lumière du soleil en un point brillant. Si le verre présente un défaut minuscule, la tache lumineuse se déforme. C'est à peu près ainsi que fonctionne la lentille gravitationnelle : une galaxie massive courbe les rayons lumineux d'une source plus lointaine, créant une image agrandie et parfois déformée.

Par une nuit noire, au-dessus de la pampa uruguayenne, une boule éblouissante jaillit en silence. Elle file pendant quelques secondes, dispersant des étincelles, puis s'éteint quelque part derrière l'horizon. C'est un bolide — un gros fragment d'astéroïde qui a pénétré dans l'atmosphère.

Le radiotélescope FAST, en Chine, est une antenne géante de 500 mètres de diamètre, nichée dans un entonnoir naturel au milieu des montagnes.

Le sursaut gamma GRB 221009A a brillé si intensément qu'on l'a surnommé « le plus brillant de tous les temps ». L'observatoire LHAASO a capté de lui des photons gamma d'une énergie allant jusqu'à 13 TeV — soit des milliers de fois plus que l'énergie des particules dans un appareil de radiographie.

La lumière de cette galaxie lointaine a voyagé pendant 13,4 milliards d'années avant de nous parvenir. Le télescope James Webb l'a captée et décomposée en couleurs. Dans le spectre, on distingue une raie d'hydrogène bien nette – comme une empreinte digitale qui révèle que la galaxie GS-z13-1-LA est en pleine formation d'étoiles.

Les rayons gamma d'énergie supérieure à cent mille milliards d'électronvolts, c'est comme des pierres lancées avec une force incroyable. Pendant longtemps, on a pensé que seuls les protons — ces particules lourdes accélérées dans les accélérateurs cosmiques — pouvaient lancer de telles « pierres ».

Les rayons cosmiques ne sont pas de la lumière, mais des particules chargées qui bombardent la Terre de toutes parts. La plupart sont des protons (noyaux d'hydrogène), mais on trouve aussi des noyaux plus lourds : hélium, azote, fer.

Au cœur de la constellation de l'Aigle se cache une nébuleuse qui ressemble à une bulle en expansion. Elle est soufflée par une minuscule étoile de la taille d'une ville — un pulsar qui effectue plusieurs rotations par seconde et perd de l'énergie de rotation.

Un sursaut gamma, c'est comme un coup de canon cosmique : un éclair bref mais éblouissant qui, pendant quelques secondes, éclipse une galaxie entière.

En octobre 2022, le cosmos a offert un feu d'artifice remarqué par tous les détecteurs sur Terre. L'explosion, baptisée GRB 221009A, était si brillante qu'on l'a surnommée « la plus brillante de l'histoire des observations ».

Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans le tissu de la courbure de l'espace-temps, qui se propagent depuis leur source comme les cercles à la surface de l'eau après qu'on y a jeté un caillou.

Dans une cuisine où l'on prépare à la fois une soupe, un rôti et un pain, tout se passe dans la même marmite. C'est à peu près l'image de la zone moléculaire centrale (ZMC), cet amas de gaz dense au cœur même de la Voie lactée.

Les rayons cosmiques sont des particules chargées qui bombardent sans cesse la Terre depuis les profondeurs de l'espace.

Au cœur des Apennins italiens, sous une épaisse couche de roche, se trouve un cristal qui capture chaque désintégration de l'américium radioactif. L'américium émet des rayons gamma d'une énergie de 59,5 kiloélectronvolts, comme une sonnerie très aiguë qui retentit toujours à l'identique.

Les galaxies, tels des tourbillons géants, entrent parfois en collision et fusionnent. Dans ce chaos, le gaz se comprime, de nouvelles étoiles s'embrasent, et au cœur même naît un radiophare brillant. Sa lumière — non pas visible à l'œil, mais sous forme d'ondes radio — perce la poussière et le gaz, comme une sirène à travers le brouillard.

Trois années durant, chaque nuit, les télescopes scrutent le même point du ciel. Là se trouve la galaxie Mrk 421, dont le noyau émet un jet de particules pointé presque exactement vers la Terre. De tels objets sont appelés blazars.

La matière noire est comme une colle invisible qui maintient les galaxies ensemble. Elle n'émet pas de lumière, mais si ses particules entrent en collision, un éclair de rayonnement gamma peut se produire.

Les particules cosmiques dont l'énergie dépasse de millions de fois celle des accélérateurs terrestres frappent l'atmosphère et engendrent une pluie de particules secondaires. Cette pluie émet des ondes radio que captent des antennes au sol.

La nuit, le ciel n'est jamais absolument noir. Même loin des villes, les couches supérieures de l'atmosphère émettent une faible lueur : la lumière du soleil fait émettre aux atomes d'hydrogène une lueur rougeâtre que les astronomes appellent émission géocoronale.

Dans les nuages froids entre les étoiles, là où naissent de nouveaux soleils, un travail chimique invisible est en cours. Les molécules simples se percutent, échangent des atomes et s'assemblent en chaînes qui, plus tard, pourraient faire partie des planètes. L'une de ces chaînes est l'ion NCCO+, composé d'azote, de deux carbones et d'oxygène.

Deux galaxies se rapprochent, comme un couple de danseurs qui tantôt s'écarte, tantôt se rapproche. Au moment d'un rapprochement particulièrement étroit, leur gaz se comprime et une vive lumière ultraviolette jaillit des profondeurs. C'est exactement ce qui se passe dans le système Hara 11 — la paire de galaxies en fusion la plus proche de nous qui laisse échapper une telle lumière.

L'Univers primordial était une soupe brûlante de particules et de lumière. Dans cette soupe, les ondes sonores – des fluctuations de densité – se propageaient depuis les amas de matière, comme des cercles à la surface de l'eau.

En voyageant à travers la Galaxie, le Système solaire plonge parfois dans d'épais nuages interstellaires — des amas d'hydrogène et de poussière très dilués.

Pour repérer la vie sur d'autres planètes, il n'est pas nécessaire de chercher de l'oxygène dans l'air. Les êtres vivants colorent la surface de leur monde : les plantes terrestres en vert, les bactéries en violet. Le futur télescope spatial HWO pourra capter ces « couleurs de la vie » sur les exoplanètes.

Les neutrinos sont des particules fantômes : prédits par le modèle standard, ils n'interagissent presque pas avec la matière. Les attraper, c'est comme essayer d'entendre un murmure dans le vacarme d'une cascade.