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Dans une ruelle tranquille d'une galaxie, où les étoiles sont rares et vieilles, surgit soudain une lumière plus brillante qu'une galaxie entière. C'est une supernova de type Ia : l'explosion thermonucléaire d'une naine blanche, que les astronomes utilisent comme chandelle standard pour mesurer les distances cosmiques.

Dans l'amas dense de galaxies Abell 2744, où la gravité courbe la lumière comme une lentille, le télescope James Webb a repéré un nouveau point. Il est apparu sur les images de 2023, puis a commencé à changer de luminosité.

17 supernovas de l'échantillon ZTF DR2 se sont allumées en avance sur le calendrier. Dans les premières heures et les premiers jours suivant l'explosion, elles ont émis plus de lumière que ne le prédisent les modèles standard.

Au plus profond de la terre, dans le silence d'un cryostat (un conteneur réfrigéré), reposent des cristaux de plomb qui faisaient autrefois partie d'un navire romain antique. Ce matériau est presque sans bruit de fond : en deux mille ans, les isotopes instables se sont désintégrés, et il est désormais parfaitement pur pour la chasse aux événements les plus rares.

Le six août 1181, des astronomes chinois remarquèrent une nouvelle étoile dans la constellation de Cassiopée. Elle brilla pendant 185 jours, s'éteignant lentement, puis disparut, ne laissant qu'une trace dans les annales.

Le chasseur de lumière ancienne — le télescope James Webb — a pointé ses miroirs vers une parcelle minuscule du ciel et a capté un étrange signal. L'objet, nommé de travail beacon_1420-$$5253_{4770}$$, a brillé puis s'est éteint.

Une étoile à neutrons est l'ancien noyau d'une étoile massive, comprimé à la taille d'une ville. Une cuillère à café de sa matière pèse comme une montagne.

La gravitation n'est pas seulement une force qui nous maintient au sol. À l'échelle de l'Univers, elle dirige les galaxies, courbe les rayons lumineux et détermine le destin de toute chose. Il y a cent ans, Einstein l'a décrite comme une courbure de l'espace et du temps.

L'orchestre cosmologique ne s'accorde pas sur un seul diapason. Il y a deux groupes d'instruments : les uns écoutent le bourdonnement du jeune univers — le fond diffus cosmologique, les autres lisent les notes sur les galaxies matures et les supernovae.

L'Univers est plein d'invisible. Nous connaissons la matière noire par la rotation des galaxies et les lentilles gravitationnelles, mais sa nature nous échappe depuis un siècle.

Des galaxies sans matière noire, c'est comme des perles dont on aurait retiré le fil invisible. Autour de la galaxie elliptique NGC 1052 s'étire une chaîne de huit naines fantomatiquement pâles : elles ne contiennent presque pas de cette masse mystérieuse qui fait tourner les bras spiraux.

Un feu qui atteint toujours la même température, que vous jetiez une allumette au centre de la bûche ou que vous enflammiez plusieurs brindilles sur les bords. C'est à peu près ce que font les supernovae de type Ia — ces explosions cosmiques que les astronomes utilisent comme règle pour mesurer les distances dans l'Univers.

On gonfle un ballon. D'abord, il se dilate rapidement, puis plus lentement, et soudain, il accélère à nouveau, comme si quelqu'un actionnait une pompe. C'est précisément ce qui semble se passer avec notre Univers.

Deux lampes dans une vitrine : l'une émet une lumière froide et bleutée, l'autre légèrement plus chaude, plus jaune. C'est à peu près l'image que donnent deux types de supernovae — Ib et Ic — lorsqu'on les observe au télescope.

Les détecteurs de matière noire classiques ressemblent à un gardien de but qui attend un tir puissant alors que le ballon roule à peine. Les particules invisibles qui remplissent notre Galaxie se déplacent souvent trop lentement pour être repérées par les capteurs sensibles.

Le Soleil ne cesse de briller par à-coups, comme un feu de camp auquel on jette du petit bois. Les grandes éruptions sont visibles immédiatement, mais les faibles se perdent facilement dans la lueur générale. On a appris à un réseau de neurones à extraire même les sursauts à peine perceptibles du flux de données que les satellites envoient chaque seconde.

L'explosion d'une étoile massive est un événement brillant mais bref. L'éclair lui-même dure des semaines, mais la poussière qu'il a chauffée autour de l'étoile continue de briller en infrarouge pendant des années.

Des cosmologistes ont mesuré la vitesse à laquelle les galaxies lointaines s'éloignent dans différentes parties du ciel. Pour cela, ils ont utilisé deux types de « règles cosmiques » : les amas de galaxies et les explosions de supernovae d'un certain type.

Lorsqu'une étoile massive explose, ses débris se dispersent dans toutes les directions, comme les fragments d'un feu d'artifice. Mais comment savoir à quelle distance de nous une telle explosion s'est produite ? Les astronomes ont trouvé un moyen : ils observent les nuages de gaz avec lesquels ces débris entrent en collision. L'idée est simple.

Une bille de verre dans un verre d'eau est presque invisible, mais si on la regarde à travers une nappe à carreaux, les lignes derrière elle se déforment. Les cellules transparentes se comportent de la même manière : la lumière les traverse, mais elle est légèrement ralentie et change de direction.

Une galaxie lointaine où naissent des centaines d'étoiles devrait briller dans la lumière de l'oxygène. C'est ce que pensaient les astronomes : les jeunes étoiles chaudes chauffent le gaz, qui émet alors une lueur infrarouge caractéristique à une longueur d'onde de 63 microns.

La lumière d'une étoile lointaine met des milliards d'années à nous parvenir, et pendant ce temps, l'Univers a le temps de s'étendre. Comment vérifier que nous comprenons correctement ce trajet ?

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.

En 2013 et en 2020, le même télescope à Hawaï a observé le rémanent d'une étoile explosée : Cassiopée A. Les images ont été prises dans la lumière du fer incandescent, comme si l'on photographiait des flux de métal invisibles filant à travers le cosmos. En sept ans, les astronomes ont repéré 263 amas denses — ce sont des débris éjectés par l'explosion.

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.

Lorsqu'une étoile lointaine explose, sa lumière met des milliards d'années à nous parvenir. Les astronomes mesurent à quel point elle paraît faible et en déduisent la distance. Habituellement, on utilise pour cela des modèles complexes avec l'énergie sombre et d'autres mystères.

Certaines supernovae superlumineuses supernovae montrent une forte signature de l'oxygène dans leur lumière et se dilatent rapidement, d'autres non. On aurait dit des phénomènes différents.

Les supernovae de type Ia sont comme des lampes de même puissance : plus la lumière est faible, plus la source est lointaine. Ces supernovae servent à mesurer les distances des galaxies lointaines. Mais la poussière cosmique, telle une vitre sale, atténue et teinte la lumière, ce qui fausse les calculs précis.

Un ver luisant scintille pendant un dix-milliardième de seconde quelque part au-dessus de la taïga sibérienne. Impossible à voir à l'œil nu, mais l'installation TAIGA-HiSCORE, disséminée dans la vallée du district de Tounka en Bouriatie, a tenté de capturer exactement ce genre d'éclairs — non pas d'insectes, mais des profondeurs du cosmos.

Dans la taïga sibérienne se dressent une centaine de pièges à lumière — chacun de la taille d'une petite table, mais ensemble ils couvrent un kilomètre carré. La nuit, ces pièges scrutent le ciel et capturent de faibles éclairs de lumière qui naissent lorsque des particules cosmiques percutent l'atmosphère.