formation d'étoiles dans les amas

Un filament de la toile cosmique s'étire à travers l'Univers jeune, et le long de celui-ci, comme des perles sur un collier, sont enfilées des galaxies. Au cœur du protocluster SSA22, qui deviendra dans des milliards d'années le centre d'un amas massif, ces perles sont encore brûlantes et poussiéreuses : en leur sein naissent des étoiles, et le gaz froid sert de carburant.

L'image d'une galaxie lointaine prise depuis la Terre ressemble à une vue à travers un verre dépoli : l'atmosphère estompe les détails, et la structure interne reste cachée.

Deux réservoirs d'encre se tiennent de part et d'autre de la jonction cellulaire. De là, deux types de monomères s'écoulent sur la membrane et, lorsqu'ils se rencontrent, forment des gouttes visqueuses de complexes. Les gouttes bougent à peine, tandis que les monomères libres filent rapidement, comme des molécules de parfum dans une pièce.

Une vieille ville se dote de nouveaux faubourgs. Au centre, des ruelles étroites où la vie s'est presque figée, et en périphérie, un chantier bouillonne. C'est l'image d'une galaxie spirale dont le noyau abrite des étoiles vieillies depuis longtemps, tandis que le disque externe continue de former des étoiles.

Les galaxies diffuses, éparpillées dans l'amas de Persée, ressemblent à des fantômes parmi leurs voisines brillantes. Elles sont si ténues que les objets lointains se voient à travers, et elles contiennent des centaines de fois moins d'étoiles que notre Voie lactée.

Le ciel nocturne semble uniforme, mais il contient en réalité des amas – d'immenses communautés de galaxies qui, comme des lentilles, courbent la lumière des objets lointains. Lorsqu'un sursaut radio bref et puissant se produit quelque part dans l'Univers, son chemin vers un télescope terrestre peut passer près d'un tel amas.

Une géante rouge dans un amas globulaire est une étoile à la retraite. Elle a brûlé l'hydrogène de son noyau et vit désormais de la combustion dans une fine couche autour du résidu d'hélium.

Une usine capable de produire un million de pièces par heure n'en fabrique pourtant qu'une centaine. C'est à peu près ce que fait notre Univers, si on le regarde à travers le prisme de l'entropie — cette mesure du désordre qui, selon les lois de la physique, ne peut qu'augmenter. Les principales « machines » de cette usine sont les trous noirs supermassifs.

L'Univers ressemble à une immense charpente invisible. Nous ne la voyons pas directement, mais nous savons qu'elle existe : c'est grâce à elle que les galaxies et les amas tiennent ensemble. Cette charpente, c'est la matière noire. La version la plus populaire dit qu'elle est « froide » et qu'elle est constituée de particules lourdes et lentes.

Dans la galaxie spirale du Feu d'artifice, il y a 6410 pouponnières d'étoiles. C'est le nombre de régions où naissent actuellement des étoiles massives, révélé par un algorithme appliqué aux anciennes images ultraviolettes de Hubble.

295 000 mètres par seconde. Même les particules des éjections coronales du Soleil ne filent pas si vite. Pourtant, au cœur de l'amas de galaxies H1821+643, le gaz chaud se déplace exactement à cette vitesse. Le quasar en son centre expire — et son souffle agite tout sur 60 000 années-lumière.

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.

Prenez une casserole d'eau bouillante et ajoutez une poignée de pâtes : elles vont vite se défaire et former une masse collante. Mais dans un immense chaudron de restaurant, où les pâtes flottent librement, chacune reste séparée.

Deux villes ont subi une série d'incendies. Dans l'une, le vent disperse les cendres bien au-delà des faubourgs, et le ciel reste clair. Dans l'autre, les cendres retombent en un voile épais, teintant les couchers de soleil de pourpre.

Quinze années d'observations du télescope à rayons gamma Fermi ont révélé une fissure dans le plancher de la Galaxie. Au sud de l'amas Westerlund 1 — l'amas stellaire jeune le plus massif de la Voie lactée — une émission étendue a été détectée, coïncidant avec une cavité dans l'hydrogène atomique.

En 2016, les astronomes ont vu l'incroyable : une étoile lointaine, nommée Icare, a brillé pendant quelques semaines, traversant l'abîme de l'espace. C'était l'effet de lentille gravitationnelle — un effet prédit par Einstein : un objet massif courbe l'espace-temps et focalise la lumière, telle une loupe géante.

Dans le silence des nuages moléculaires froids, où le milieu interstellaire se condense sous l'effet de la gravité en amas denses, la naissance des étoiles massives reste l'une des grandes énigmes de l'astrophysique.

Au cœur d'un amas stellaire dense règne une véritable forge : ici, les étoiles, telles des pièces incandescentes, se heurtent et fusionnent sous l'effet de la gravité, et ces fusions ne sont pas une catastrophe mais une opportunité. Chaque coup de marteau stellaire transmet une rotation au futur trou noir.

Imaginez un manuscrit ancien sur lequel une nouvelle histoire a été écrite par-dessus l'ancien texte. Avec le temps, la couche supérieure s'amincit et laisse transparaître les lignes du passé. C'est exactement ainsi, tel un palimpseste, que sont faits les amas globulaires, les systèmes stellaires les plus vieux de l'Univers.

Le noyau de carbone a longtemps été imaginé comme une sphère homogène de protons et de neutrons, mélangés uniformément, comme une pâte à tarte.

Au centre de l'attention se trouvent de minuscules cités stellaires : les galaxies naines ultra-faibles. Elles ressemblent à des essaims de lucioles dispersés qui tournoient dans un vaste nuage invisible. Ce nuage est un halo de matière noire ultra-légère. Ses particules sont si légères qu'elles se comportent non pas comme des boules de billard, mais comme des ondes.

Imaginez une forêt plantée en une seule journée. De prime abord, tous les arbres se ressemblent, mais leurs troncs racontent des histoires différentes : certains ont poussé sur un sol vierge, d'autres sur les cendres d'anciens incendies.

On secoue vigoureusement une casserole de soupe bouillante — le liquide clapote, les vagues battent contre les parois. C'est à peu près ce qui se passe à l'intérieur d'une planète gazeuse lorsqu'elle passe près de son étoile sur une orbite allongée. La gravité de l'étoile excite de puissantes ondes internes dans la planète — on les appelle modes fondamentaux de marée.

La galaxie NGC 1277 ressemble à un vieux livre que personne n'a ouvert depuis des milliards d'années. Elle s'est formée rapidement, à l'aube de l'Univers, et n'a presque pas changé depuis — pas de collision avec des voisines, pas de nouvelles couches ajoutées.

Le halo stellaire de la Voie lactée est un palimpseste galactique : un manuscrit ancien où, sous le texte visible, se cachent des couches plus anciennes. On a longtemps pensé que la structure Gaïa-Saucisse/Encelade (GSE) était la dernière inscription de ce manuscrit, la trace d'une seule fusion cataclysmique.

Dans un parc urbain, les arbres poussent plus vite que dans une forêt profonde. Non parce que le sol y est meilleur, mais parce que les branches s'y entrecroisent plus souvent et que les graines s'y échangent. C'est à peu près ce que vivent les galaxies du protomamasque de la Toile — un immense amas de matière qui, dans des milliards d'années, deviendra un amas mature.

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 amas de galaxies géants sont des villes de milliers d'îles stellaires, maintenues ensemble par la gravité. À l'intérieur, un gaz brûlant rayonne en rayons X.

Les amas globulaires sont des « pelotes » denses de centaines de milliers d'étoiles qui orbitent autour du centre de la Voie lactée. Certains sont nés dans notre Galaxie, d'autres ont été capturés lorsque la Voie lactée a absorbé des galaxies naines satellites.

La lumière de la lointaine galaxie du Dragon met plus de sept milliards d'années à nous parvenir. En chemin, elle passe près d'un immense amas de galaxies dont la gravité courbe le trajet de la lumière, comme une lentille. La galaxie nous apparaît donc plus brillante et plus grande qu'elle ne l'est en réalité — comme une loupe agrandit un petit texte.

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.

Un filet de pêche est tendu dans les profondeurs du cosmos. Lorsqu'une étoile massive meurt, elle laisse derrière elle un trou noir – un plomb dans ce filet. En général, ces plombs pèsent de quelques à des dizaines de masses solaires.

Un flux de gaz incandescent file depuis une étoile — et soudain, il s'étouffe, comme s'il avait heurté un mur invisible. C'est exactement ce que des chercheurs ont observé en tentant de reproduire une éruption stellaire à l'échelle du laboratoire.

Le ciel nocturne semble aussi lisse que la surface d'un lac paisible. Mais si l'on observe les sursauts gamma – de brèves et éblouissantes explosions visibles à travers tout l'Univers – on découvre des vagues dans cette étendue. Des scientifiques ont pris un catalogue de ces sursauts et ont divisé le ciel en deux hémisphères.

Lancez deux cailloux identiques du sommet d'une montagne : si l'un atterrit un centimètre plus à gauche, au bout d'une minute ils se retrouveront dans des vallées différentes. La galaxie est comme cette montagne, mais avec des milliards de cailloux et une pente qui s'étire sur des millions d'années.

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.

Dans un nuage sombre où aucune étoile ne s'est encore allumée, le gaz commence à se resserrer vers un centre commun. C'est ainsi que naissent les étoiles les plus massives de la Galaxie, celles qui sont des dizaines de fois plus lourdes que le Soleil.

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.