Astrophysique des galaxies astro-ph.GA

Le Système solaire effectue une révolution complète autour du centre de la Voie lactée en 210 millions d'années. La dernière fois que nous étions du même côté de la Galaxie, les premiers dinosaures parcouraient la Terre. Ce chiffre, 243.72 km/s, a pu être affiné grâce à de rares étoiles qui traversent la Galaxie comme des boulets de canon.

Dans les champs profonds d'Euclide, des étoiles qui n'étaient pas dans les catalogues s'embrasent. Le télescope, conçu pour cartographier la matière noire, a fonctionné comme un piège photographique : un seul cliché et l'explosion cosmique est déjà enregistrée.

Le quasar W2246–0526 est un phare allumé alors que l'Univers n'avait que 1,3 milliard d'années. Sa lumière nous parvient après 12,8 milliards d'années de voyage, mais même à cette distance, les astronomes ont aperçu ce qui échappait depuis des décennies : l'ombre gravitationnelle d'un trou noir.

Le point rouge sur l'image du télescope spatial James Webb, c'est la galaxie Bz5.3, dont la lumière a mis 12,5 milliards d'années à nous parvenir. Elle se trouve derrière l'amas de la Balle, dont le champ gravitationnel a agi comme une lentille et a amplifié son éclat d'un facteur 3,7.

À 8,58 mégaparsecs de nous, la galaxie spirale M51 enroule ses bras, tandis que le radiotélescope VLA, dans sa configuration la plus étendue, l'observe avec une résolution de 0,16×0,14 seconde d'arc. C'est comme si, depuis la Terre, on distinguait une pièce de monnaie à la surface de la Lune.

Au centre du rémanent de la supernova SN 1987A, à 168 000 années-lumière de la Terre, se cache un objet que les astronomes cherchent depuis 37 ans. C'est la supernova la plus proche qui ait explosé sous les yeux des télescopes modernes, et la seule dont le rémanent compact n'a toujours pas pu être observé directement.

La galaxie NGC 1560 est une modeste île d'étoiles et de gaz à dix millions d'années-lumière de nous. Sa courbe de rotation, mesurée pour la première fois en 1991, est devenue une icône pour ceux qui cherchent une alternative à la matière noire.

Dans la pièce sombre de l'Univers primordial, une première étincelle a jailli. Quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, alors que le cosmos n'était rempli que d'hydrogène et d'hélium, sont nées les étoiles de population III, des géantes sans métaux dont la lumière a pour la première fois déchiré les ténèbres primordiales.

Trois corps qui s'attirent selon la loi de la gravitation universelle : voilà un problème qui déroute les mathématiciens depuis trois siècles. Depuis Poincaré, on sait qu'il n'existe pas de solution générale et que les trajectoires sont chaotiques. Mais dans ce chaos, il y a des îlots d'ordre : les orbites périodiques, où le mouvement se répète.

Au cœur même d'un nuage moléculaire, là où la température chute à 10–20 kelvins et où la densité du gaz atteint un million de particules par centimètre cube, règne une ombre glacée.

Dans l'étang d'étoiles de la Voie lactée, quelqu'un a jeté une pierre invisible. Ses ondulations ne se sont pas propagées dans l'eau, mais dans le mouvement des étoiles : dans une région de 200 sur 50 parsecs, leur vitesse verticale moyenne est inférieure de 7 km/s à celle des étoiles voisines. L'écart est statistiquement significatif au niveau de 6σ, ce qui exclut une coïncidence.

Deux maisons avec des façades identiques mais des plans intérieurs différents : de l'extérieur, le spectre en V se ressemble, mais à l'intérieur, les sources de lumière et la quantité de poussière diffèrent. C'est exactement ce que l'on observe pour deux populations de galaxies lointaines que les astronomes ont longtemps confondues.

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.

Dans l'Univers primordial, à peine un milliard et demi d'années après le Big Bang, trois galaxies massives sont entrées en collision dans un petit volume d'espace. Leur danse gravitationnelle a projeté d'immenses flux de gaz froid qui s'étendent sur 60 kiloparsecs, soit vingt fois le diamètre de notre Galaxie.

Au centre de la Voie lactée, à 27 000 années-lumière de la Terre, vit le trou noir supermassif Sagittarius A*. Sa masse est de quatre millions de Soleils. Il ne brille pas intensément comme les quasars, mais couve à peine visiblement. Pendant longtemps, les astronomes ont débattu pour savoir s'il émettait un vent.

La lumière d'une galaxie lointaine s'est dédoublée, triplée, quadruplée, et au centre est apparu un cinquième fantôme. Voici HerS-3 : une jeune galaxie, pleine de poussière et d'étoiles naissantes, dont la lumière a traversé une lentille gravitationnelle, un objet massif qui courbe les rayons comme le verre d'une loupe.

Au cœur de la lointaine galaxie SDSS J1335+0728, à 2,5 milliards d'années-lumière de la Terre, un trou noir supermassif bat la mesure. Tous les quelques jours, il émet des sursauts de rayons X, tel un métronome cosmique, mais en 2025, ce métronome a soudainement changé de tempo, passant de l'allegro à l'andante.

Dans l'essaim dense de vieilles étoiles connu sous le nom d'amas globulaire M15, les astronomes ont discerné non seulement des étoiles, mais aussi des strates de temps.

Le télescope ASKAP collecte en une seule nuit des données sur des millions de sources radio. Les algorithmes automatiques reconnaissent avec assurance les points compacts, mais butent sur les structures étendues avec leurs jets, ponts et bulles.

La galaxie NGC 3627, beauté spirale de la constellation du Lion, recèle une trace qui ne correspond à aucun scénario standard. Une étroite bande de gaz froid, une traînée moléculaire, s'étend sur plus de 8 kiloparsecs (milliers de parsecs, chacun valant environ 3260 années-lumière) pour une largeur d'environ 200 parsecs.

Chaque soir, dans les archives municipales, l'agent de service range les nouveaux dossiers sur les étagères. Si la journée en a apporté trop, les étagères plient et, le lendemain matin, les archives répondent plus lentement aux demandes. C'est à peu près ainsi que fonctionne la mémoire d'un trou noir : elle ne se contente pas de stocker l'information, elle en ressent physiquement le poids.

Au centre de la galaxie NGC 1600, située à 200 millions d'années-lumière de nous, les astronomes ont remarqué un amas d'étoiles dense. Il apparaissait comme un nœud brillant sur le fond d'une lueur diffuse, ce qui était inattendu.

Des astronomes ont découvert dans l'Univers un objet invisible pesant à peine un million de soleils — une broutille à l'échelle cosmique, cent fois plus léger que tout ce qu'on avait pu « peser » à de telles distances. L'objet lui-même n'émet aucune lumière, mais il s'est trahi en courbant la lumière d'une galaxie encore plus lointaine.

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.

C'est Vera Rubin qui a découvert que les étoiles des confins des galaxies se déplacent trop vite, comme si une toile invisible les retenait. Et Fritz Zwicky a été le premier à soupçonner qu'une masse invisible immense se cache dans les amas de galaxies.

La queue de la comète 3I/ATLAS, qui s'étend sur des millions de kilomètres, est faite de gaz raréfié et de fines poussières. Fin octobre 2025, deux engins terrestres, Europa Clipper et Hera, vont s'y plonger. Aucun des deux n'a été conçu pour rencontrer une comète : Clipper se rend vers une lune de Jupiter, Hera vers un astéroïde.

Au cœur de la Voie lactée, une immense chaudière stellaire est en ébullition. Des étoiles massives y naissent et y meurent : chaque mort est une explosion de supernova qui projette dans l'espace des nuages de particules chargées.

La gravité de la planète comprime et pétrit rythmiquement la lune, comme une pâte : ce « malaxage » constant échauffe l'intérieur, et des océans d'eau peuvent subsister longtemps sous la croûte de glace. Dans la galaxie, il y a une multitude de planètes errantes, éjectées par une…

Les particules de matière noire peuvent se comporter comme de la mélasse : dans un modèle, elles ne se gênent pas ; dans un autre, elles se bousculent légèrement, créant une viscosité. Cela détermine la vitesse à laquelle les trous noirs géants au centre des galaxies tombent l'un vers l'autre et fusionnent.

Quand Edwin Hubble a découvert l'expansion de l'univers et que Vera Rubin a mis en évidence la matière noire, l'édifice de la cosmologie semblait solide.

Deuxième visiteur interstellaire, la comète 3I/ATLAS brille d'une manière inhabituelle à cause de grains de métal rouillés dans son noyau glacé. En s'approchant du Soleil, elle se comporte comme une vieille boîte de conserve jetée dans un feu de camp : la chaleur fait fondre la glace, l'eau s'infiltre dans le métal, et une corrosion intense s'ensuit.

Des scientifiques ont décrit un nouveau type d'étoile invisible qui se comporte comme une lentille respirante. Cette étoile est composée de bosons ultralégers (des particules pas encore découvertes). Son attraction provoque la courbure de l'espace-temps — c'est cela la lentille, qui se dilate et se contracte rythmiquement, comme si elle respirait.

Un trou noir ne se contente pas d'aspirer la matière — tel un vortex cosmique géant, il courbe le tissu même de la réalité et force les rayons lumineux à contourner sa masse, les concentrant en un foyer.

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.

Le télescope spatial James Webb a plongé dans une époque où, après le Big Bang, l'Univers n'avait qu'un milliard d'années, et a découvert une galaxie « Endormie ». Contrairement à ses voisines qui brillaient de jeunes étoiles, elle semblait fatiguée et terne.

Le télescope James Webb a capté dans une galaxie lointaine une bande lumineuse qui évoque le sillage d'un hors-bord, mais étirée sur deux cent mille années-lumière.

Les astronomes lisent l'histoire des galaxies à travers leurs portraits. Autrefois, ils utilisaient soit la longue analyse de la lumière par couleurs, soit les rapides photos avec filtres, perdant les détails de la forme.

Tout comme la levure transforme la farine en une pâte bien levée, l'« assaisonnement » radioactif d'une supernova — l'explosion d'une étoile massive en fin de vie — aide à façonner une planète rocheuse. L'ingrédient clé ici est l'aluminium-26, un isotope radioactif qui, en se désintégrant, libère de la chaleur.

Le télescope James Webb a observé la galaxie Abell 2744-QSO1, où il n'y a presque pas d'éléments lourds (les astronomes les appellent métaux), et le trou noir central pèse des centaines de fois plus que toutes les étoiles réunies. Les scénarios habituels n'expliquent pas un tel déséquilibre.

Au laboratoire DESY, l'expérience ALPS II a été lancée pour traquer les axions — ces particules fantômes hypothétiques dont pourrait être faite la matière noire. Cette masse invisible agit comme une armature qui empêche les galaxies de se disperser sous l'effet de leur rotation.