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Cosmologie : qu’est-ce que c’est ?

Le terme de cosmologie désigne la branche de l’astrophysique qui s’intéresse à l’origine, la nature, la structure et l’évolution de l’univers pris dans son ensemble.

Cosmologie et relativité générale
La physique newtonienne étant incapable de décrire l’univers dans son ensemble, la cosmologie a recours à la relativité générale. Albert Einstein a d’ailleurs été l’un des premiers à publier un modèle cosmologique moderne. Son modèle était assez peu conforme à la réalité puisqu’il décrivait un univers homogène, fini et statique. Il a eu toutefois le mérite d’introduire le principe selon lequel l’univers est spatialement homogène, faisant perdre à l’Homme sa place privilégiée au sein de la mécanique céleste.

Le modèle cosmologique standard résulte d’observations astronomiques (nouveaux catalogues de galaxies, anisotropies du fond diffus cosmologique, supernovæ lointaines, etc.) réalisées grâce à des instruments de plus en plus performants. Il est celui qui rend compte aujourd’hui le plus efficacement des observations réalisées par les astrophysiciens.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/univers-cosmologie-15241/

Le courant de gaz de Magellan serait 5 fois plus près de la Terre qu’on ne le pensait

Le courant de Magellan, c’est le nom que les astronomes donnent à un immense flux de gaz qui serpente autour de notre Galaxie, la Voie lactée. Et aujourd’hui, des chercheurs suggèrent que cette structure pourrait être bien plus proche de la Terre qu’ils ne l’avaient d’abord imaginé.

Dans son petit coin d’Univers, notre Galaxie n’est pas isolée. Elle est accompagnée de plusieurs galaxies naines. Les nuages de Magellan sont les plus connues d’entre elles. Elles peuvent être observées dans le ciel de l’hémisphère sud. Et au fil du temps, la gravité leur a arraché d’énormes filets de gaz : c’est le courant de Magellan.

Ce courant, les chercheurs s’y intéressent parce qu’il cache quelques indices à la fois de l’évolution passée de la Voie lactée et de son avenir. Une équipe de l’université du Wisconsin (États-Unis), tenant compte d’une hypothèse nouvelle avançant que ce courant est enveloppé d’une couronne de gaz chaud, nous raconte aujourd’hui comment, alors que les galaxies naines étaient capturées par la Voie lactée, le petit nuage de Magellan a gravité autour du grand nuage de Magellan dans une direction opposée à celle qu’avaient imaginée les astronomes. De quoi arquer le courant de Magellan vers la Terre plutôt qu’en sens opposé.

Une partie de l’histoire de la Voie lactée à réécrire
Ainsi ce flux de gaz pourrait se trouver cinq fois plus près de nous que ce que les astronomes pensaient jusqu’alors. S’approchant jusqu’à quelque 65.000 années-lumière. De fait, il pourrait aussi s’avérer jusqu’à cinq fois plus léger. Et finalement surtout, entrer en collision avec la Voie lactée bien plus tôt que les chercheurs l’avaient calculé. Dans environ 50 millions d’années seulement, réalimentant alors la formation de nouvelles étoiles.

Ces travaux devraient aussi permettre aux astronomes d’enfin mettre la main sur les étoiles qui ont été arrachées de leur galaxie respective avec ces flux de gaz formant le courant de Magellan. Car si celles-ci leur ont échappé depuis plusieurs décennies maintenant, ce n’est finalement pas parce qu’elles étaient trop éloignées et donc, trop peu lumineuses. Mais peut-être simplement… parce qu’ils ne cherchaient pas au bon endroit.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/univers-courant-gaz-magellan-serait-5-fois-plus-pres-terre-quon-ne-pensait-95042/

Un objet mystérieux produit des explosions répétées dans le cosmos

Des astronomes ont observé l’explosion répétée d’un mystérieux objet cosmique, et ce précisément 1.652 fois en 60 heures d’observation. Les chercheurs s’interrogent sur la source de ces explosions cosmiques, et espèrent que de plus amples scrutations leur permettront de s’approcher de la réponse.

Pour être plus précis, ces astronomes ont observé ce que l’on appelle un Fast Radio Burst (FRB, traduisible par sursaut radio rapide), un phénomène qui est encore inexpliqué. Les FRB se traduisent par des impulsions dans la gamme radio du spectre électromagnétique, et les impulsions ici mesurées durent parfois quelques millièmes de seconde (produisant autant d’énergie que le Soleil en un an !). Les mesures ont été réalisées avec le télescope Fast, le radiotélescope le plus sensible au monde, situé en Chine, lors de l’observation de l’objet ainsi nommé FRB 121102.

Les astronomes ont observé un phénomène encore très peu connu
L’origine physique de ces FRB est encore inconnue : la plupart des FRB observés ont une origine très lointaine de nous, dans l’univers profond, rendant l’étude du phénomène complexe. Quand certains chercheurs évoquent des hypothèses abordant la possibilité de détection d’une intelligence extraterrestre quelconque, d’autres penchent plutôt pour une explication faisant intervenir des trous noirs qui s’évaporent, des étoiles à neutrons mourantes ou encore des pulsars d’un genre encore méconnu. Mais, en 2020, l’observation du magnétar SGR 1935+2154 a permis la mesure de la première impulsion radio dans notre Voie lactée, amenant les chercheurs à privilégier les magnétars comme source de FRB.

Mais, qu’est-ce qu’un magnétar ?
Un magnétar est une étoile à neutrons caractérisée par un champ magnétique extrêmement intense. Ces champs magnétiques extrêmes (des milliards de fois plus intenses que celui de la Terre) peuvent parfois subir des épisodes violents, produisant de fortes explosions énergétiques. Les astronomes cherchent encore à savoir si les FRB mesurés proviennent des explosions initiales, ou de l’onde de choc en résultant se propageant dans le matériau entourant l’étoile.

Mais dans le cas de FRB 121102, la rapide succession de ces sursauts radio interroge les astronomes : d’après Bing Zhang, astrophysicien à l’université du Nevada qui a participé à l’étude, ils ne pourraient pas venir des poussières et gaz environnants, car ces matériaux auraient besoin de se chauffer pour produire ces fortes impulsions, puis de se refroidir afin de pouvoir libérer une nouvelle explosion, le tout en quelques millièmes de seconde.

Alors que les données recueillies sur FRB 212102 semblent tendre vers l’hypothèse du magnétar, les résultats ne sont pas assez concluants pour l’affirmer : le magnétar observé en 2020 dans notre Galaxie n’émettait pas autant de sursauts en si peu de temps. Mais d’après Victoria Kaspi, astrophysicienne à l’Université McGill de Montréal, cela pourrait s’expliquer par l’âge plus avancé de ce magnétar, un magnétar plus jeune pouvant éventuellement correspondre avec les observations de FRB 121102. Elle ajoute également que la forte sensibilité du radiotélescope Fast pourrait expliquer la mesure d’une si forte activité, qui n’aurait éventuellement pas été possible avec d’autres télescopes. En attendant, les scientifiques cherchent à déterminer si un magnétar jeune pourrait réellement produire de telles impulsions, ou si les astronomes ont affaire à un autre type d’objet cosmique.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/univers-objet-mysterieux-produit-explosions-repetees-cosmos-94592/

Une giga-pouponnière d’étoiles a été découverte

Après des années de recherche, des astronomes ont découvert un amas de galaxies pas encore totalement formé, qui produit des étoiles à un rythme effréné. Une découverte précieuse pour étudier les débuts de l’Univers.

En astronomie, il existe l’étude des étoiles, des planètes ou des astéroïdes. Des astres qui ne sont que des poussières face à d’autres structures comme les galaxies. Et encore au-delà, il existe les amas de galaxies, des ensembles de plusieurs dizaines, voire centaines de spirales similaires à notre Voie lactée.

Ces amas sont assez bien étudiés, même si leur observation est parfois délicate. Mais ce qui est moins connu, ce sont les protoamas, des ensembles pas encore complètement formés. Ils sont au cœur d’une étude menée par Maria Polletta, scientifique à l’IASF (institution d’astrophysique à Milan, Italie), parue le 26 octobre 2021 dans la revue Astronomy and Astrophysics.

« Il s’agit d’une synthèse qui prend en compte plus d’une décennie de recherche, raconte Hervé Dole, chercheur CNRS à l’Université Paris-Saclay qui a participé à la rédaction, à Numerama. Nous scrutons ce protoamas depuis des années et nous sommes enfin capables d’en savoir plus ! »

Baptisée G237, cette structure regroupant quelques dizaines de galaxies avait été vue en 2009 pour la première fois, grâce au télescope spatial Planck qui scrute le fond diffus cosmologique. L’observatoire, aujourd’hui à la retraite, avait pour but de voir l’Univers tel qu’il était à ses débuts, et pour cela, il faut aller voir très loin. Plus les objets observés sont lointains, plus ils sont « jeunes » à nos yeux, et formés peu après le Big Bang.

TROUVER LES ANCÊTRES DES AMAS DE GALAXIES
Hervé Dole précise : « Avec Planck, nous voulions aller trouver les parents, en quelque sorte, des amas de galaxies, voir à quoi ressemblaient ces structures avant qu’elles n’atteignent leur taille adulte. L’astuce que nous avons utilisée, c’est la capacité de Planck à trouver les sources de formation d’étoiles. »

Le télescope étant particulièrement pratique pour détecter les objets brillants, les chercheurs ont alors fouillé le ciel pour trouver ce qui était le plus lumineux, et ils ont découvert environ 2 000 objets, potentiellement des protoamas alors en pleine production intensive d’étoiles. Une véritable pouponnière avec un taux de formation bien au-delà de ce que prévoient les simulations… Mais on va y revenir !

Cette première sélection a été affinée ensuite avec un autre télescope spatial, Herschel. Lui ne peut pas faire un grand panorama, mais sert plutôt à viser des zones précises, ce qui a permis d’aboutir à une nouvelle sélection de 200 sources lumineuses. Toutes ressemblaient à des protoamas, mais il manquait une caractéristique essentielle pour s’en assurer : le redshift.

Ce décalage vers le rouge est utilisé en astronomie pour connaître la distance des sources de lumière. Le mécanisme, qui implique l’expansion de l’Univers et l’effet Doppler, est assez compliqué à résumer, mais pour faire simple : plus c’est rouge, plus c’est lointain. Et ceci est très pratique pour savoir si les candidats protoamas sont bien ensemble, et pas simplement alignés de notre point de vue. De la même manière qu’en regardant le ciel, vous pouvez avoir l’impression qu’un avion et une étoile sont très proches l’un de l’autre, les observateurs derrière Herschel ne pouvaient pas dire si leur protoamas en était vraiment

Ce redshift arrive enfin en 2020, avec une étude signée Yusei Koyama, de l’Observatoire astronomique national du Japon : il se sert du télescope japonais Subaru pour trouver 38 galaxies avec le même redshift. « Il a tué le game, assure Hervé Dole. Nous avions enfin notre protoamas, plus de dix ans après l’avoir vu pour la première fois. »

G237 N’A RIEN D’EXCEPTIONNEL, ET C’EST ÇA QUI COMPTE
Mais à quoi ressemble G237 ? C’est un regroupement d’au moins 38 galaxies, mais il pourrait y en avoir plus, cachées derrière la poussière. Ce n’est pas le premier protoamas découvert, ni le plus grand, ni le plus lointain. En revanche, même s’il ne bat pas de record, il fait partie de ceux qui ont le plus gros taux de formation d’étoiles, entre 3 et 10 fois au-dessus de ce que prévoient les modèles.

« C’est un biais, résume Hervé Dole. Et il est dû à notre mode de détection avec Planck. » Il faut dire que dans la plupart des autres études consacrées au sujet, les chercheurs visent une zone du ciel, puis ils cherchent des protoamas. Ici, c’est l’inverse ! Les astronomes ont d’abord cherché des zones où les étoiles étaient produites en grand nombre, puis ils ont vérifié si un protoamas était bien là. « Avec cette technique, nous allons forcément tomber sur une grosse pouponnière d’étoiles, et c’est justement ce que nous voulions faire. »

Les données sur la question sont très parcellaires, les protoamas connus sont très différents, et chaque méthode de détection favorise certains types de structures difficiles à comparer ensuite. Certaines vont permettre de trouver les plus actifs, d’autres les plus lointains, etc. Et lorsqu’une étude arrive avec un taux de formation défiant toute concurrence, il est difficile de savoir si c’est un cas classique, ou un « monstre » inhabituel. « Le fait que nous tombions ainsi sur G237 nous pousse à croire qu’il n’est pas le seul à avoir ce taux de formation, précise Hervé Dole. C’est notre pierre à l’édifice pour pousser à revoir les modèles qui sont très clairement insuffisants pour décrire la réalité de ce qu’est l’Univers. »

La théorie générale veut que les protoamas grandissent en produisant des étoiles, puis fusionnent entre eux pour créer les amas de galaxies. Mais comment se déroule tout ce processus ? C’est encore l’inconnue. Avec cette étude, les chercheurs ont réussi à surprendre G237 au moment où il était sans doute au pic de sa productivité. Mais on ignore à quel point il se trouve ou non dans la moyenne de ses congénères.

Heureusement, les années qui viennent seront peut-être riches d’enseignements. Il y a tout d’abord le fameux télescope James Webb, qui doit être lancé le 18 décembre prochain. Hervé Dole a obtenu du temps d’observation, et il va viser cette fois un autre protoamas de la sélection, un petit peu plus lointain. Ensuite, le télescope spatial Euclid doit être lancé en 2023. Construit par l’Agence Spatiale européenne (ESA), il doit justement observer les objets lointains en infrarouge et en savoir plus sur l’origine de l’accélération de l’expansion de l’Univers.

Source : https://www.numerama.com/sciences/751616-une-giga-pouponniere-detoiles-a-ete-decouverte.html

Les premières galaxies sont nées dans l’agitation

Grâce aux plus puissants des télescopes en fonctionnement, les astronomes ont obtenu des images très détaillées de quelques-unes des galaxies les plus petites et les moins brillantes de notre voisinage. Ils en ont tiré des conclusions quant au processus de formation des premières galaxies de notre Univers. Un processus qu’ils imaginent désormais agité.

Comment et quand les premières galaxies se sont-elles formées dans notre Univers ? Ces questions, les astronomes se les posent maintenant depuis longtemps. Deux scénarios sont envisagés. Selon le premier, de petites étoiles formant ces premières galaxies seraient apparues les unes après les autres, lentement, mais continuellement. Utilisant peu à peu et sur des périodes longues, le gaz disponible. Le second scénario est plus chaotique. Il envisage des formations par à-coups d’étoiles incroyablement grandes qui perturbent la quiétude de la galaxie qui les voient apparaître. Provoquant même un arrêt – momentané ou non – de son activité.

Aujourd’hui, une équipe internationale de chercheurs avance que le début de l’histoire des galaxies a plus vraisemblablement été agité. Le tout grâce à des données incroyablement précises recueillies dans le cadre du projet Survey for high-z Red and Dead Sources (Shards) mené sur le Gran Telescopio Canarias situé sur l’île de Palma – le volcan Cumbre Vieja est actuellement en éruption. Et avec l’appui aussi d’observations réalisées à l’aide du télescope spatial Hubble.

Les chercheurs n’ont pas directement étudié les premières galaxies qui sont nées dans notre Univers. « Pour cela, il nous faudra attendre le lancement du télescope spatial James Webb », commente Alex Griffiths, chercheur à l’université de Nottingham (Royaume-Uni), dans un communiqué. Car la luminosité de ces galaxies est bien trop faible pour être accessible à d’autres instruments. « Nous avons donc cherché des « bêtes similaires » dans l’Univers proche et nous les avons disséquées à l’aide des télescopes les plus puissants à notre disposition. »

L’apport des plus puissants télescopes
Parmi ces télescopes les plus puissants : certains des amas de galaxies les plus massifs de notre Univers et leur effet de lentille gravitationnelle. Des télescopes naturels, donc, qui permettent aux astronomes de voir des galaxies faibles et lointaines avec une luminosité améliorée et une résolution spatiale plus élevée.

Les données du projet Shards couplées à la puissance du télescope spatial Hubble ont permis aux chercheurs de détecter dans ces galaxies, le gaz chaud caractéristique d’étoiles nouvellement formées. Ce gaz chaud émet dans certaines longueurs d’onde. L’analyse de ces raies d’émission particulière donne un aperçu de la formation et de l’évolution de la galaxie.

Les chercheurs concluent de leurs observations que le début de la formation des galaxies a dû être irrégulier. Avec des sursauts d’activités et de naissances d’étoiles suivis de périodes d’accalmies. Reste désormais à comprendre pourquoi. Et déjà les astronomes estiment peu probable que des fusions de galaxies aient pu jouer un rôle substantiel dans le déclenchement des sursauts d’activités. Ils cherchent donc des causes alternatives qui pourraient être à l’origine d’une meilleure accrétion des gaz.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/univers-premieres-galaxies-sont-nees-agitation-94317/

L’Homme pourrait coloniser Proxima du Centaure en 2254

Persuadés que la civilisation humaine court à sa perte, des chercheurs de la Nasa ont calculé la date probable de colonisation de différentes planètes du Système solaire et au-delà, en fonction de la puissance logicielle nécessaire pour y parvenir. L’Homme pourrait ainsi atteindre une lune de Jupiter en 2076 et le système Trappist-1 en 2290.

« Un programme d’exploration spatiale agressif et soutenu, qui comprend la colonisation, est essentiel à la survie à long terme de la race humaine. » C’est la conclusion d’une nouvelle étude prépubliée sur le serveur arXiv qui a calculé dans combien de temps l’Homme pourrait établir des colonies sur différentes planètes de l’Univers. Jonathan Jiang et ses collègues du Jet Propulsion Laboratory, en Californie, n’ont pas fouillé dans les déclarations d’Elon Musk, qui prétend vouloir établir les premières colonies sur Mars en 2024, ni établi un modèle complexe de simulation spatiale, mais se sont basés sur un seul paramètre : la puissance de calcul. « Le choix de ce paramètre critique est motivé par le fait que son développement exponentiel est parallèle à celui de la technologie d’exploration spatiale, expliquent les auteurs, qui s’appuient sur des données historiques. Lorsqu’une intelligence artificielle intégrée aux vaisseaux spatiaux sera suffisamment intelligente pour prendre des décisions en temps réel, cela permettra d’économiser les nombreuses heures nécessaires pour communiquer avec les scientifiques sur Terre », cite par exemple Jonathan Jiang.

Une durée de voyage incertaine
Les chercheurs ont établi un calendrier avec une date possible de lancement des missions, qui ne tient toutefois pas compte du temps de voyage. Ainsi, si une mission habitée vers Proxima du Centaure – le système planétaire le plus proche de notre Système solaire – est envisageable en 2254, l’étude ne dit rien du temps de vol qu’il faudrait pour atteindre cette étoile située à 4.244 années-lumière. Il serait en tout cas impossible de l’atteindre avec des fusées à propulsion classiques, reconnaissent les auteurs, qui pointent la nécessité de systèmes de propulsion « révolutionnaires ». « Dans tous les cas, une puissance de calcul supérieure à celle dont nous disposons aujourd’hui sera nécessaire pour concevoir, construire et exploiter de tels modèles. » Ce qui nous ramène donc au critère de départ.

Atteindre une civilisation intelligente en 2383
Les chercheurs ont construit une équation se basant sur la croissance du nombre de transistors par processeur, qui double chaque année, la distance (en unités astronomiques) entre la Terre et l’objectif atteint par les différentes missions spatiales en fonction du temps, ainsi que le nombre d’années séparant les missions robotisées des missions habitées. Voici le calendrier établi pour le lancement de missions habitées vers la Lune, Mars, un astéroïde de la ceinture d’astéroïdes, une lune de Jupiter ou de Saturne, Proxima du Centaure, Tau Ceti (une étoile située à 12 années-lumière de la Terre), le système Trappist-1 (à 40 années-lumière), ou une hypothétique destination située à 14.000 années-lumière dans la direction du Sagittaire, « dont il a été suggéré qu’elle puisse accueillir une vie complexe, y compris une civilisation développée technologiquement », avancent les auteurs.

Démographie, changement climatique, guerre nucléaire, pandémies, bioterrorisme… « Nous nous trouvons dans une « fenêtre de périls » qui ne pourra pas être refermée tant que nous n’aurons pas créé une, voire plusieurs colonies extraterrestres autonomes et viables », jugent les auteurs un brin alarmistes. Il suffit toutefois d’aller voir le film Dune pour s’apercevoir que l’humanité pourrait rapidement saboter les futures planètes comme il a endommagé la Terre.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/colonisation-espace-homme-pourrait-coloniser-proxima-centaure-2254-94259/

Il y aurait environ 200 000 000 000 000 000 000 000 étoiles dans l’Univers

Les astronomes ne peuvent évidemment pas compter une par une les étoiles présentes dans l’Univers. Mais il est possible d’estimer leur nombre. Combien y a-t-il d’étoiles dans l’espace ?

L’Univers contient un nombre fini d’étoiles, c’est d’ailleurs une manière de résoudre le paradoxe d’Olbers (qui explique pourquoi le ciel est noir la nuit). Mais combien y a-t-il exactement d’étoiles dans l’espace ? L’astronome Brian Jackson, de l’université d’État de Boise aux États-Unis, a expliqué comment on pouvait estimer ce nombre dans The Conversation le 20 septembre 2021.

Évidemment, il n’est pas possible de les compter en contemplant la voûte céleste. « Regardez le ciel par une nuit claire et vous verrez des milliers d’étoiles — environ 6 000. Mais ce n’est qu’une infime fraction des étoiles. Les autres sont bien trop loin pour que nous puissions les voir », constate le scientifique. Il est cependant possible de parvenir à une estimation, indique-t-il : il y a 200 000 000 000 000 000 000 000 étoiles dans l’Univers. Soit 200 trilliards d’étoiles, ou 200 mille trillions.

PREMIÈRE ÉTAPE : COMBIEN Y A-T-IL DE GALAXIES DANS L’UNIVERS ?
Comment les astronomes parviennent-ils à ce résultat vertigineux ? Avant de « compter » les étoiles, ils doivent estimer combien de galaxies il y a dans l’Univers. « Pour ce faire, ils prennent des photos très détaillées de petites parties du ciel et comptent toutes les galaxies qu’ils voient sur ces photos. Ce nombre est ensuite multiplié par le nombre de photos nécessaires pour photographier tout le ciel », indique Brian Jackson.

On sait ainsi qu’il y a environ 2 000 000 000 000 galaxies dans notre Univers — soit 2 billions.

ENSUITE : COMBIEN Y A-T-IL D’ÉTOILES DANS LA VOIE LACTÉE ?
Il reste encore à savoir combien d’étoiles contiennent toutes ces galaxies, ce que l’on ne peut évidemment pas compter précisément, puisque ces galaxies sont pour la plupart très éloignées. Par contre, il est possible d’estimer combien d’étoiles contient notre propre galaxie, la Voie lactée. On connaît leur diversité : il y a des naines jaunes, comme notre Soleil ; des étoiles plus grosses qui tendent vers le bleu, comme Véga ; ou des étoiles plus petites, plutôt rouges, comme Proxima Centauri. Or, on peut mesurer la quantité de lumière que ces différentes sortes d’étoiles émettent, ce qui permet d’estimer le nombre d’étoiles que la Voie lactée contient.

Cette méthode permet de dire qu’il y a 100 000 000 000 étoiles dans la Voie lactée — 100 milliards.

ENFIN, ON MULTIPLIE
En se servant de la Voie lactée comme base, on peut enfin multiplier le nombre d’étoiles d’une galaxie par le nombre de galaxies dans l’Univers, soit :

100 000 000 000 x 2 000 000 000 000 = 200 000 000 000 000 000 000 000

« Le nombre est si grand qu’il est difficile à imaginer. Mais essayez ceci : c’est environ 10 fois le nombre de verres d’eau dans tous les océans de la Terre », compare l’astronome. Si vous n’avez pas encore le tournis, songez que ces 200 trilliards d’étoiles évoluent dans un Univers âgé de 14 milliards d’années (les astronomes tombent d’accord sur le nombre), en expansion (mais il y a un problème dans les mesures) et dont on n’est pas tout à fait sûr de la forme.

Source : https://www.numerama.com/sciences/743640-il-y-aurait-environ-200-000-000-000-000-000-000-000-etoiles-dans-lunivers.html

Une étoile a explosé en supernova en avalant une étoile à neutrons ou un trou noir

On a un peu l’impression que la nouvelle de SF intitulée « Super Neutron », d’Isaac Asimov, devient réalité avec la détection de la source radio VT 1210+4956. Elle serait le produit de l’explosion en supernova d’une étoile géante bleue déclenchée par le fait qu’elle aurait avalé une étoile à neutrons, voire un trou noir.

La majorité des étoiles dans la Voie lactée sont des étoiles doubles, certaines sont triples, voire quadruples comme c’est le cas de Zêta de la Grande Ourse, traditionnellement appelée Mizar. Les astrophysiciens modernes en connaissent la raison. Les étoiles naissent dans des nuages moléculaires poussiéreux qui se fragmentent par effondrement gravitationnel, ce qui veut dire qu’un fragment se fragmente lui-même en donnant justement le plus souvent une étoile double.

Il arrive qu’en fait le système binaire ne soit que faiblement lié et que, peu de temps après sa naissance, les deux astres se séparent. On pense que cela a peut-être été le cas du Soleil qui aurait donc un frère jumeau quelque part dans notre Galaxie, avec un âge et une composition chimique très similaires.

Souvent, dans un système binaire, l’une des étoiles est plus massive que l’autre et elle va évoluer plus vite au point parfois d’exploser en supernovae SN II, laissant derrière elle une étoile à neutrons et parfois un trou noir. La seconde étoile peut avoir le même sort plus tard et on suppose que c’est pour cette raison qu’il existe des systèmes binaires d’étoiles à neutrons et de trous noirs, systèmes dont la découverte se fait notamment lorsqu’ils finissent par entrer en collision et émettent alors copieusement des ondes gravitationnelles que détectent sur Terre des instruments comme Virgo et Ligo.

Il n’est pas rare non plus de trouver une étoile en mode géante rouge dont de la matière est arrachée par les forces de marée gravitationnelle d’un trou noir ou d’une étoile à neutrons qui s’entourent alors d’un disque d’accrétion signalant la présence de l’astre compact par de fortes émissions de rayons X.

La radioastronomie, des pulsars aux objets de Thorne–Żytkow
Au milieu des années 1970, comme Futura l’expliquait dans le précédent article ci-dessous, le futur prix Nobel de Physique Kip Thorne — l’un des pionniers de l’astrophysique relativiste des astres compacts — a publié conjointement avec sa collègue polonaise Anna Zytkow des travaux montrant ce qui pouvait également se passer lorsqu’une étoile à neutrons ou un trou noir dans un système binaire se retrouvaient avalés par une géante ou une supergéante rouge ; le même phénomène peut se produire avec des étoiles célibataires en collision mais uniquement dans des amas stellaires, là où la densité et donc la probabilité de collision entre étoiles n’est pas négligeable comme dans la cas des étoiles de notre Voie lactée.

Une étoile à neutrons pouvait ensuite plonger en spirale vers le cœur de la géante pour former un nouvel objet qui peut être suffisamment stable. On parle alors d’objet de Thorne-Żytkow (TŻO ou TZO). Il peut évoluer au cours du temps en donnant une étoile à neutrons entouré d’un disque d’accrétion ou tout simplement s’effondrer en donnant un trou noir. Jusqu’à présent, deux astres étaient candidats au titre d’objet TZO mais sans que l’on puisse vraiment le prouver.

Une variante de ce scénario, exposée dans un article de Science, semble avoir été identifiée par un groupe de chercheurs ayant utilisé les données collectées en premier par le réseau de radiotélescopes du Karl G. Jansky Very Large Array (VLA). Le 7 septembre 2017, le VLA a en effet débuté une campagne d’observations au Nouveau-Mexique, destinée à cartographié 80 pour cent du ciel en trois phases sur sept ans, il devrait cataloguer environ 10 millions de radiosources. C’est donc l’une des plus grandes observations radio de tout le ciel depuis 40 ans. Incidemment, c’est aussi grâce à la radioastronomie que l’on a démontré l’existence des étoiles à neutrons en découvrant à la fin des années 1960 les premiers pulsars.

Cette même année 2017, une source radio VT 1210+4956 particulièrement lumineuse, qui ne se trouvait pas sur les précédents catalogues, s’est rapidement signalée aux chercheurs dans le ciel de l’hémisphère Nord observé avec le VLA dans le cadre du Very Large Array Sky Survey (VLASS). Intrigué, ils l’ont regardée aussi dans la bande de longueur d’onde d’un télescope cette fois-ci. Ils en ont conclu qu’elle se trouvait dans la banlieue d’une galaxie naine formant des étoiles et située à environ 480 millions d’années-lumière de la Voie lactée. VT 1210+4956 se trouve clairement associée aussi à une récente source transitoire très lumineuse dans le domaine des rayons X.

Des ondes de choc qui font briller un tore de gaz
En combinant ces informations, une première image à commencé à émerger, celle de l’explosion d’une supernova dont l’onde de choc a fini par rejoindre et entrer en collision avec une coquille de matière émise par l’étoile génitrice de la supernova. L’analyse des données indique que la matière de la coquille a été éjectée par l’étoile il y a environ 300 ans, formant plus précisément un tore. Enfin, c’était la première fois que l’on voyait une association d’une source radio de ce genre avec une émission transitoire mais intense de rayons X.

L’explication la plus probable de toutes ces observations fait donc intervenir un système binaire avec des étoiles massives dont l’un a évolué en devenant une étoile à neutrons ou un trou noir. Il y a environ 300 ans, l’astre compact a commencé à pénétrer dans les couches supérieures de l’étoile compagne, une étoile bleue encore sur la séance principale et qui était destinée à exploser à son tour en supernova.

Toujours en orbite autour du centre de masse du système à l’intérieur de la géante bleue et descendant en spirale vers le cœur de l’étoile, l’astre compact a provoqué une éjection aussi en spirale dans son plan orbital d’une partie du plasma de l’étoile. La matière encore chaude est entrée en expansion en dehors de l’étoile pour former un tore.

Une fois l’astre compact au cœur de l’étoile, il s’est entouré d’un disque d’accrétion et a produit, alors que s’amorçait en réponse l’explosion en supernova, deux jets de matière perçant l’étoile et accompagnés de l’émission transitoire de rayons X. La supernova se serait produite en raison de la déstabilisation du cœur de la géante bleue à l’arrivée de l’astre compact, ce qui aurait perturbé les réactions thermonucléaires et déclencher l’effondrement gravitationnel classique d’une supernova SN II.

Finalement, comme expliqué précédemment, c’est l’onde de choc de l’explosion finissant par rattraper rapidement le tore en expansion qui l’aurait conduit à devenir brillant dans le domaine radio. Tout ce scénario est résumé par le schéma en 4 étapes ci-dessous avec comme astre compact un trou noir.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/univers-etoile-explose-supernova-avalant-etoile-neutrons-trou-noir-51693/

Aube cosmique : on pense savoir quand les premières étoiles ont commencé à briller

Dans le cadre du modèle cosmologique standard, on sait que les premières étoiles se sont formées quelques centaines de millions d’années après le Big Bang. Une nouvelle détermination de la date et de la durée de cette Aube cosmique vient d’être obtenue par les astrophysiciens grâce notamment à Hubble.

Il y a environ 2.500 ans, le philosophe grec Anaxagore, représentant de l’école ionienne qui comportait des penseurs et des savants aussi illustres que Thalès et Anaximandre, qui eut Périclès et Euripide pour élèves, déclarait « le but de la vie est l’investigation du Soleil, de la Lune et des cieux ». La majorité des astronomes et astrophysiciens sont encore sans doute d’accord avec lui et on peut se demander quelle aurait été sa réaction devant les succès de la science moderne et par exemple aujourd’hui avec un article publié dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, et que l’on peut trouver aussi en accès libre sur arXiv.

En combinant des observations obtenues avec le télescope spatial Hubble, le défunt Spitzer et au sol le réseau de radiotélescopes de l’Atacama Large Millimetre Array (Alma) et quelques autres instruments de la noosphère, une équipe internationale d’astronomes menée par le Français Nicolas Laporte du Cambridge’s Institute of Astronomy et le Britannique Richard Ellis (University College London) vient de préciser la période de l’histoire du cosmos observable marquant la fin des âges sombres.

Appelée parfois Renaissance cosmique et le plus souvent maintenant Aube cosmique (Cosmic Dawn, en anglais), il ne s’agit rien de moins que du début de l’allumage des premières étoiles dans les premières galaxies naissantes sous l’influence de l’effondrement gravitationnel de la matière noire dans le cadre du modèle cosmologique standard.

Plusieurs estimations en avaient déjà été avancées et il semblait clair que cela n’avait pu se produire que quelques centaines de millions d’années après la fin du Big Bang, une fois l’Univers observable devenu transparent suite à l’émission du rayonnement fossile, lorsque les atomes et les molécules neutres sont apparus. Avant, le cosmos était largement plongé dans l’obscurité, enfin pour des yeux d’Homo sapiens s’ils avaient été présents car du rayonnement existait bel et bien.

Le spectre de Balmer, clé de la détermination de l’âge des premières étoiles
Aujourd’hui, on avance donc que l’effondrement de la matière baryonique a conduit à la naissance des premières étoiles entre 250 et 350 millions d’années après la « recombinaison », comme disent les cosmologistes étudiant le rayonnement fossile. L’allumage des premières étoiles, vraisemblablement très massives, a certainement contribué à ce que l’on appelle aussi la réionisation, c’est-à-dire le retour à l’état ionisé d’une partie des atomes.

Comment les chercheurs s’y sont-ils pris pour déterminer cette nouvelle estimation de la période de l’Aube cosmique ? Ils se sont basés sur une particularité du comportement des populations d’atomes d’hydrogène dans les atmosphères des jeunes étoiles massives. Elle est liée au spectre dans le visible de ces atomes, c’est-à-dire avec la fameuse série de raies spectrales dite de Balmer. En l’occurrence, la particularité se nomme en anglais le Balmer break, en référence à une discontinuité dans l’intensité du rayonnement d’une population d’atomes d’hydrogène selon la série de Balmer. Cette discontinuité évolue avec le vieillissement des jeunes étoiles dans le Cosmos primordial, moins d’un milliard d’années avant sa naissance. Cette évolution permet donc de calculer les âges de ces étoiles.

Les astrophysiciens ont pu détecter et mesurer le Balmer break dans six des plus anciennes galaxies connues grâce à Hubble et Spitzer. Les distances et donc les âges de ces galaxies ont été déduits des mesures faites avec Alma, le VLT également de l’ESO et aussi les télescopes jumeaux Keck à Hawaï et le télescope Gemini-South. En mesurant en plus les âges des étoiles dans ces galaxies déjà fort anciennes on peut en déduire quand la formation stellaire a débuté.

Ce succès est très encourageant car il confirme qu’une fois en orbite, le télescope James-Webb devrait bel et bien nous permettre d’observer et d’étudier la naissance des premières étoiles et des premières galaxies.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/univers-aube-cosmique-on-pense-savoir-premieres-etoiles-ont-commence-briller-92169/