noyaux galactiques rouges

Le ciel nocturne semble paisible, mais en réalité il est traversé par une pluie invisible de particules chargées : les rayons cosmiques. Les scientifiques cherchent depuis longtemps à comprendre où naissent les plus énergétiques d'entre eux.

Au centre de la Voie lactée, là où le trou noir supermassif Sagittarius A* brasse les nuages de gaz comme un moulin broie le grain, les astronomes ont capté un pouls irrégulier. Le rayonnement gamma, la lumière la plus énergétique de l'Univers, n'y parvient pas en une onde régulière, mais avec une cassure, comme si le cœur de la Galaxie battait avec des irrégularités.

Le ciel nocturne semble paisible, mais en réalité, des particules invisibles — les rayons cosmiques — nous traversent en permanence. Parmi elles, on trouve des électrons et leurs antiparticules, les positrons.

La lumière qui s'éloigne d'un corps massif perd de sa vigueur. Sa fréquence diminue légèrement, sa couleur vire au rouge. Les physiciens appellent cela le décalage vers le rouge gravitationnel. En théorie classique, tout est clair, mais dès qu'on parle de quanta, les ennuis commencent.

Dans le champ profond de James Webb, parmi des milliers de galaxies, les astronomes ont examiné la source JADES-GS 209777 — et y ont découvert un poussin cosmique. Sa « coquille » est une épaisse enveloppe de gaz et de poussière qui a longtemps caché le trou noir en croissance au centre.

La main invisible de la matière noire étreint les galaxies dans les bras de la gravité, mais sa nature nous échappe depuis près d'un siècle.

Dans la nuit infinie du cosmos, les galaxies se rapprochent dans une lente danse gravitationnelle pour ne faire qu'une. Ces collisions ne sont pas des chocs frontaux, mais plutôt le mouvement lent des doigts dans l'eau, laissant derrière eux des tourbillons et des traînées.

Un aspirateur puissant aspire non seulement la poussière, mais aussi son propre sac à poussière. C'est à peu près ce que fait un trou noir au centre d'un « point rouge » — une galaxie lointaine où la lueur ne provient pas du trou lui-même, mais de son épaisse couche de gaz. Cette couche est si épaisse qu'elle ressemble à une étoile froide gonflée.

Un interprète est distrait par le moindre bruit dans la salle, et une réunion d'une heure s'étire sur deux. C'est à peu près ce que font les gluons, les particules qui transmettent l'interaction forte à l'intérieur des protons. D'habitude, ils filent dans tous les sens, maintenant les quarks ensemble.

Un puissant projecteur éclaire un épais brouillard. On ne voit pas le faisceau lui-même, mais le brouillard se met à scintiller faiblement – et révèle la présence du projecteur.

Huit géantes rouges — de vieilles étoiles gonflées, semblables à ce que deviendra notre Soleil — jouent faux. Leur surface oscille régulièrement, comme une cloche, mais dans cette sonnerie on entend des ratés : certains tons disparaissent, le rythme se brise.

Le radiotélescope capte un signal venu du centre de la Voie lactée. La source MAXI J1744-294 émet des sursauts en rayons X et en ondes radio, mais sa position réelle reste une énigme. Elle pourrait se trouver près du trou noir, ou simplement sur la même ligne de visée, à des milliers d'années-lumière de là.

Dans la galaxie NGC 1566, située dans la constellation de la Dorade, se trouve un noyau actif – un trou noir supermassif entouré d'un nuage de gaz en mouvement rapide. Lorsque le gaz tombe vers le trou, il s'échauffe et émet de brillantes raies spectrales.

Au centre de la galaxie NGC 4051 se trouve un trou noir d'une masse de 800 000 soleils. Autour de lui tourbillonne un gaz brûlant qui émet une lumière vive. Cette lumière ne nous parvient pas d'un bloc : d'abord arrivent les rayons bleus, puis les verts, puis les rouges.

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 ».

Au cœur de la constellation d'Ophiuchus se trouve la galaxie NGC 6447. Jusqu'à récemment, elle était calme et discrète, comme une maison aux fenêtres éteintes. Mais au cours des 14 dernières années, quelque chose s'est allumé en son centre — et cela est désormais visible en infrarouge.

Au centre de la galaxie NGC 4278 se trouve un trou noir qui éjecte deux jets de plasma — comme un canon géant tirant des particules dans l'espace. Ces jets accélèrent des particules à des énergies que nul accélérateur terrestre n'a jamais égalées.

Une ville vue de nuit depuis les airs semble calme, mais dans ses quartiers, la vie grouille : quelque part, des rues sont barrées, ailleurs, des chantiers sont en cours, et dans les sous-sols, les équipements vrombissent. C'est un peu ainsi que les astronomes ont perçu l'amas de galaxies SPT-CL J2215-3537, situé si loin que sa lumière a mis plus de 8 milliards d'années pour nous parvenir.

La lumière d'une source lointaine, en passant près d'une étoile à neutrons, se courbe comme le faisceau d'une lampe de poche dans un miroir déformant. Les astrophysiciens ont mené une expérience numérique : ils ont lancé des rayons en arrière, de l'observateur vers l'étoile, et ont observé quelle image un télescope verrait.

Chaque jour, des particules d'énergie colossale frappent l'atmosphère terrestre, comme des lettres sans signature. Leur origine est longtemps restée une énigme.

Le télescope James Webb a repéré dans l'Univers primordial une multitude d'objets compacts surnommés « petits points rouges ». Ils sont trop rouges et trop faibles pour être des quasars ordinaires, et les astrophysiciens se demandent ce qui les alimente.

Les rayons cosmiques sont des noyaux atomiques accélérés à des vitesses proches de celle de la lumière. Ils arrivent sur Terre de toutes les directions, et leur composition nous renseigne sur ce qui se passe dans les recoins lointains de la Galaxie.