orbite stellaire

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.

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.

Un million d'orbites, c'est la même partition. Neuf halos de matière noire, neuf orchestres sans chef. Tous les musiciens jouent les mêmes notes, mais dans chaque salle, la musique sonne différemment : parfois harmonieuse, parfois désynchronisée.

Un réacteur de fusion de type stellarator ressemble à un cocon magnétique savamment torsadé. Sa mission est de confiner un plasma surchauffé pour que les noyaux d'hydrogène fusionnent et produisent de l'énergie. Mais la forme tridimensionnelle du cocon crée des fuites : certaines particules s'échappent, surtout les plus rapides, celles qui transportent la chaleur principale.

Les étoiles les plus massives ressemblent à des ballons trop gonflés : leur enveloppe ne s’étire plus, elle commence au contraire à laisser échapper rapidement de la matière. À un certain stade, la perte de masse devient si forte que l’étoile cesse d’augmenter en taille.

Au cœur de la Voie lactée, des étoiles tournent autour d'un trou noir supermassif invisible. L'une d'elles, S301, fait le tour complet en seulement 8,7 ans. Sa trajectoire ressemble à une ellipse très aplatie : tantôt elle frôle le trou noir, tantôt elle s'en éloigne. Au moment de la plus grande approche, la distance qui l'en sépare devient minuscule à l'échelle cosmique.

Un disque de gaz pesant quatre cent mille soleils ceint le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Son attraction agit comme un gouvernail gravitationnel : elle fait lentement mais inexorablement pivoter les orbites des étoiles binaires, les poussant vers une région où les forces de marée déchirent la paire.

Un météorologue trace une épaisse ligne noire à travers toute l'Europe : au nord, le gel ; au sud, le dégel. Cette frontière — l'isotherme zéro — ne vous dira pas quelle température il fait à Stockholm ou à Rome, mais elle vous dira honnêtement où l'hiver se termine.

1 799 kilomètres par seconde — c'est la vitesse à laquelle l'étoile S5-HVS1 quitte définitivement la galaxie. Il y a 4,8 millions d'années, elle a été éjectée du centre de la Voie lactée lors d'un passage très proche du trou noir supermassif Sgr A*.

L'étoile Tabby, phare dans la mer cosmique, déroute les astronomes depuis 2015. Sa lumière ne scintillait pas au rythme des planètes, mais comme dispersée par une tempête — des chutes profondes, des sursauts brusques. Mais au milieu de ce chaos, une chute régulière, presque parfaite, a été découverte. L'œil du cyclone.

Pendant plus d'un siècle, les astronomes se sont cassé la tête sur le comportement capricieux des étoiles de type RR Lyrae : leur éclat montait et descendait périodiquement avec une amplitude imprévisible, comme un phare au mécanisme détraqué. L'effet Blazhko, découvert en 1907, a taquiné les scientifiques pendant des décennies.

Au centre de la Voie lactée, enveloppé de poussière et de lueurs, se cache un trou noir supermassif — Sagittaire A*. Autour de lui, tels des papillons de nuit attirés par la flamme, tournoient des dizaines d'étoiles repères.

Au centre de la Voie lactée, là où règne sans partage le trou noir supermassif Sagittaire A* (dont la métrique fut obtenue pour la première fois par Karl Schwarzschild), l'étoile S4714 effectue un voyage vertigineux.

Au cœur d'une minuscule galaxie se trouve un amas dense d'étoiles et de matière noire. Cet amas, appelé soliton, n'est pas figé : il tremble et oscille, telle une gelée sur une assiette.

Dans 5 milliards d'années, le Soleil, à court de carburant, commencera à gonfler, se transformant en géante rouge. Comme un ballon qui se dégonfle, l'étoile relâchera son emprise gravitationnelle, et la Terre — grain de sable au bout d'un fil invisible — s'éloignera sur une orbite plus lointaine.

Au centre d'une galaxie lointaine, un trou noir supermassif est entouré d'un disque plat en rotation composé de gaz et de poussière — un gigantesque entonnoir de matière cosmique. Dans ce disque peut se trouver un petit objet compact, par exemple un autre trou noir de masse stellaire.

Une planète de la taille de Neptune s'est approchée trop près de son étoile. L'étoile commence à attirer les couches supérieures de la planète — le gaz s'en échappe comme l'eau d'un seau trop plein. Ce processus est appelé débordement par le lobe de Roche (c'est ainsi que les astronomes désignent la limite au-delà de laquelle l'étoile peut arracher de la matière à la planète).

Le bras d'une rivière d'étoiles contourne le centre d'une galaxie lointaine, telle une bande lumineuse sur une monture invisible. Cette monture, c'est le halo sombre : un immense nuage de matière noire invisible qui, par son attraction, retient les étoiles et le gaz.

Si l'on frappe une cloche, elle émet un son à une hauteur donnée. Si l'on y ajoute un second battant, et qu'ils sonnent sans se toucher, le son devient plus complexe. C'est à peu près ainsi que fonctionne l'étoile à neutrons de cette nouvelle étude.

L'étoile double TIC 287869463 est une paire serrée : l'une des étoiles pulse comme une cloche, tandis que l'autre, par son attraction, l'étire comme une marée océanique. En général, les pulsations se propagent en vagues à travers l'étoile, mais ici, une onde reste figée sur place.

Dans un grand nuage de gaz où naissent les étoiles, les lignes de champ magnétique sont alignées à peu près dans la même direction, comme les fibres d'un morceau de feutre.

Une corde de guitare ne produit que certaines notes lorsqu'on la pince sur les frettes. De même, le disque de gaz et de poussière autour d'une jeune étoile est parcouru d'ondes stationnaires, mais seules certaines vibrations survivent.

Jusqu'ici, les astronomes calculaient la masse des galaxies comme s'il s'agissait de sphères parfaites. Or, une galaxie est une crêpe aplatie. Le nouveau modèle « Perdu et retrouvé » tient compte de la forme réelle : il additionne l'attraction de toutes les parties du disque, et pas seulement du renflement central.

Les étoiles aux confins des galaxies tournent étonnamment vite. Selon Newton, plus on s'éloigne du centre, plus le mouvement devrait être lent — comme dans une ronde où les danseurs extérieurs avancent plus doucement.

La lumière d'un quasar lointain — le noyau brillant d'une galaxie — passe près d'une galaxie massive et se courbe, comme le faisceau d'une lampe de poche à travers un verre irrégulier. Si la lentille et la source sont presque parfaitement alignées, on observe non pas un seul quasar, mais plusieurs images de celui-ci.

Les autres galaxies ne sont que d'anciennes photographies, mais nous observons la Voie lactée en direct.

Dans les nuages de gaz froid où naissent les étoiles géantes, tout est en effervescence. Le gaz se comprime, tourbillonne, se fragmente en amas – les futures étoiles. On a longtemps pensé que le champ magnétique y mettait de l'ordre : comme des fils invisibles, il étirait les amas perpendiculairement à lui-même.

Dans le ciel austral, l'étoile Acrux brille intensément – c'est le point le plus bas de la constellation de la Croix du Sud. Ce n'est pas une étoile unique, mais toute une famille. De nouvelles observations ont révélé qu'elle ne compte pas cinq, mais sept étoiles liées par la gravité, comme des enfants se tenant par la main dans une ronde.

Au centre de notre Galaxie se trouve un trou noir supermassif autour duquel gravitent des étoiles. Leur mouvement évoque une ronde : certaines filent sur des orbites allongées, d'autres sur des orbites presque circulaires.

Les étoiles bleues géantes naissent généralement dans des pouponnières stellaires exiguës — les amas ouverts du fin disque de notre Galaxie. Mais parfois, on en découvre bien au-dessus du disque, comme éjectées de leur foyer. Comment sont-elles arrivées là ?

Le système de Saturne, il y a 300 millions d'années, ressemblait à une piste de danse bondée. Le satellite le plus massif, Titan, a commencé à dériver, et ce mouvement a déséquilibré ses voisins. L'une des lunes a percuté Titan ; les débris ont tourbillonné, s'assemblant pour former Hypérion.

La galaxie du Sagittaire a percuté le disque de la Voie lactée et l'a traversé à maintes reprises, telle une pierre jetée dans un étang paisible. Chaque impact a laissé des ondulations : des vagues et des courbures dans le champ stellaire.

Une planète géante orbite trop près de son étoile. À chaque révolution, elle tire sur l'étoile par sa gravité, et des vagues naissent dans les profondeurs de l'étoile, comme les cercles produits par une pierre jetée dans l'eau. Ces vagues freinent l'orbite de la planète, qui tombe en spirale dans l'étoile. L'étoile avale la planète et se met à tourner plus vite.

Le télescope spatial Gaia a mesuré la vitesse de rotation de plus de cent mille étoiles. Il s'avère que cette vitesse dépend de la température de l'étoile. Pour les étoiles plus froides que 6500 degrés, la surface se déplace à une vitesse de 10 à 20 kilomètres par seconde.

Le cosmos fonctionne comme une table de billard. Les planètes externes massives, telles des boules lourdes, transmettent leur énergie aux petits mondes internes. Un tel coup gravitationnel peut éjecter une petite planète hors de son système stellaire. Elle se transforme en vagabonde libre — une exoplanète sans étoile.

Trois galaxies lointaines tournent comme des manèges géants. Leurs étoiles et leur gaz se déplacent le long de bras spiraux, et la vitesse de ce mouvement permet de calculer la quantité totale de matière dans la galaxie — visible et invisible.

Les vortons sont des cerceaux cosmiques invisibles, des boucles fermées de courbure de l'espace-temps. Plus fins qu'un atome mais plus lourds que des étoiles, ces reliques du Big Bang tournent comme des manèges géants, enroulant tout autour d'eux.

Le disque d'étoiles de la Voie lactée ressemble à un brillant moulinet, tandis que la matière noire — cette substance invisible qui ne se manifeste que par la gravité — forme un nuage invisible autour. Pour la première fois, sa forme a été mesurée avec précision.

Grâce à James Webb, le télescope spatial le plus puissant jamais conçu, les astronomes ont jeté un coup d'œil dans la loge cosmique et ont observé les anneaux de l'astéroïde Chariclo en pleine métamorphose.

Dans le nuage sombre NGC 6334I-North, à 5500 années-lumière de la Terre, l'interféromètre radio ALMA a aperçu quelque chose d'inattendu : autour d'une jeune étoile massive tourne un disque de gaz et de poussière, et à l'intérieur, sept condensations denses. Chacune d'elles pourrait devenir une étoile.