tag:theconversation.com,2011:/us/topics/astrophysique-21192/articlesastrophysique – The Conversation2024-02-27T16:14:52Ztag:theconversation.com,2011:article/2245342024-02-27T16:14:52Z2024-02-27T16:14:52ZD’où viennent les aurores boréales ou australes ?<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/578283/original/file-20240227-24-qxh3mu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C0%2C8243%2C5487&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Le violet d'une aurore est due à l'azote, le rose à l'oxygène.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://unsplash.com/fr/photos/une-aurore-verte-et-violette-perce-dans-le-ciel-1win-9JacSs">Greg Johnson/Unsplash</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span></figcaption></figure><p><em>Chaque semaine, nos scientifiques répondent à vos questions dans un format court et accessible, <a href="https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSdior67a7Z5bsoJKoMtltxJ-q9EUW1WneDbrNIWpNZUMJsxkA/viewform">l’occasion de poser les vôtres ici !</a></em></p>
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<p>De superbes lumières, colorées et changeantes, illuminent parfois le ciel – rarement sous nos latitudes, bien plus souvent près des pôles. Ce sont les aurores polaires, soit « aurore boréale » dans l’hémisphère nord et « aurore australe » dans l’hémisphère sud. Il a fallu bien des années pour comprendre leur origine et, si on les comprend mieux aujourd’hui, tous leurs secrets n’ont pas encore été percés.</p>
<p>Premier élément important pour leur naissance : le champ magnétique. Grâce à des mouvements au cœur la Terre, notre planète se comporte comme un aimant, les pôles magnétiques se trouvant actuellement pas trop loin des pôles géographiques (d’où l’utilisation des boussoles). L’influence de ce champ s’étend sur des dizaines de rayons terrestres (environ 60 000 km côté jour, et plus de 6 millions de km côté nuit). Deuxième élément important : le vent solaire. Il s’agit de matière éjectée en permanence par notre Soleil, à des vitesses de l’ordre du million de km/h. Le vent solaire se compose de matière ionisée, soit de la matière où les électrons sont séparés des noyaux (dans ce cas-ci, ce sont principalement des protons) – on parle de « plasma ». Ce plasma embarque lui aussi un champ magnétique.</p>
<p>Au cours de son trajet, le vent solaire finit par rencontrer le bouclier magnétique terrestre : il ne peut le percer et donc le contourne… à deux exceptions près. Tout d’abord, les pôles : à ces endroits, les lignes de champ magnétique créent un goulet, qui plonge vers le cœur planétaire. Le vent solaire peut donc s’y engouffrer.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/578285/original/file-20240227-26-8qyuq9.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="Schéma du vent solaire rencontrant la magnétosphère" src="https://images.theconversation.com/files/578285/original/file-20240227-26-8qyuq9.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/578285/original/file-20240227-26-8qyuq9.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=350&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/578285/original/file-20240227-26-8qyuq9.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=350&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/578285/original/file-20240227-26-8qyuq9.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=350&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/578285/original/file-20240227-26-8qyuq9.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=440&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/578285/original/file-20240227-26-8qyuq9.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=440&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/578285/original/file-20240227-26-8qyuq9.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=440&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Schéma du vent solaire rencontrant la magnétosphère.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Vent_solaire#/media/Fichier:Solar_Wind_and_Earth's_magnetic_field.png">Alec Baravik/Wikipedia</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span>
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<p>Ensuite, les sous-tempêtes magnétiques. Elles se produisent quand le champ du plasma solaire présente une direction opposée au champ magnétique terrestre. Les lignes des deux champs vont alors interagir et se reconnecter. Les nouvelles lignes ainsi créées s’ouvrent et sont repoussées vers l’arrière, où elles s’étirent. Comme un élastique sur lequel on a trop tiré, cela ne peut durer : ça « casse », et les lignes côté terrestre reviennent vers la planète, embarquant de la matière se trouvant dans la queue de la magnétosphère, opposée au Soleil. Cette matière suit le champ magnétique et finit par tomber dans l’atmosphère.</p>
<h2>Des aurores vertes, rouges ou violettes</h2>
<p>Quel est le lien entre matière ionisée et aurores ? En suivant le champ magnétique, les particules accélèrent et viennent buter contre les molécules de notre atmosphère. La collision excite la matière atmosphérique, qui retourne à son état de départ en relâchant de l’énergie… sous forme de lumière. Violette si l’azote est impliqué, verte ou rouge pour l’oxygène.</p>
<p>Évidemment, ces lumières aurorales seront observables au niveau des lignes de champ magnétique impliquées, soit celles proches des pôles. Le phénomène s’amplifie si le plasma solaire n’est pas du vent solaire calme, mais correspond à une grosse éruption – une éjection de matière coronale, ce qui est plus souvent lorsque le Soleil est proche de son maximum d’activité, comme en ce moment. Plus de matière éjectée implique une perturbation magnétique plus importante, qui peut rendre les aurores visibles sous nos latitudes.</p>
<h2>Des aurores sur d’autres planètes</h2>
<p>Champ magnétique, plasma, et atmosphère ne sont pas des ingrédients limités à notre planète, évidemment, mais les détails des interactions varient. Ainsi, la planète Jupiter possède aussi un champ magnétique, mais dix fois plus fort que le terrestre. Le vent solaire n’a que peu d’influence sur lui. Par contre, les lunes joviennes, et surtout la volcanique Io, éjectent de la matière aux abords planétaire et c’est cette matière qui va suivre le champ magnétique jovien et y créer des aurores.</p>
<p>Saturne, bien que planète géante également, n’est pas une copie de Jupiter : ses aurores sont un peu intermédiaires entre celles de la Terre et celles de Jupiter. Celles d’Uranus sont moins bien connues, mais semblent liées à la rotation de la planète tandis que les aurores de Mercure, elles, ressemblent aux terrestres. Les aurores de Neptune restent discrètes, donc difficiles à étudier…</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/578286/original/file-20240227-26-rjt3i6.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/578286/original/file-20240227-26-rjt3i6.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/578286/original/file-20240227-26-rjt3i6.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=369&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/578286/original/file-20240227-26-rjt3i6.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=369&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/578286/original/file-20240227-26-rjt3i6.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=369&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/578286/original/file-20240227-26-rjt3i6.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=464&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/578286/original/file-20240227-26-rjt3i6.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=464&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/578286/original/file-20240227-26-rjt3i6.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=464&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Comme sur Terre, des aurores polaires peuvent se produire sur Saturne.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://esahubble.org/news/heic1815/">NASA, ESA & L. Lamy</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
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<p>Vénus et Mars, par contre, n’ont pas de champ magnétique global. Toutefois, là aussi, de la matière ionisée peut interagir avec l’atmosphère, et générer des lueurs – sur Mars, c’est notamment le cas au-dessus de zones résiduelles présentant un champ magnétique fossile.</p>
<p>Enfin, pourquoi se limiter au système solaire ? Il y a d’autres étoiles que le Soleil qui éjectent un vent, et d’autres planètes présentant champ magnétique et atmosphère ! Les aurores sont associées à des signaux radio, ultraviolets, ou en rayons X très typiques et ces signatures peuvent être détectées de loin. On pense avoir détecté des interactions étoile-planète, et des signaux auroraux, dans quelques cas sur les milliers d’exoplanètes connues, ainsi que sur des naines brunes… mais la recherche dans ce domaine ne fait que commencer !</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/224534/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Yaël Nazé ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Avez-vous eu la chance d’observer une aurore boréale ou australe ? Saviez-vous que l’on peut les voir également sur d’autres planètes ?Yaël Nazé, Astronome FNRS à l'Institut d'astrophysique et de géophysique, Université de LiègeLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/2216952024-02-19T14:55:46Z2024-02-19T14:55:46ZTrous noirs : deux missions spatiales à l’affût des cataclysmes cosmiques<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/575663/original/file-20240214-28-80l03g.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C0%2C2959%2C1708&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Les trous noirs supermassifs, présents au coeur des galaxies, ont une masse de plusieurs millions de fois celle du Soleil. Autour d'eux gravite de la matière qui chauffe et brille avant de finir par y tomber.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2024/02/Black_hole_winds_from_a_galactic_core">ATG/ESA</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>L’année 2024 s’annonce passionnante pour l’exploration des <a href="https://theconversation.com/fr/topics/trous-noirs-24673">trous noirs</a> : la mise en orbite du satellite <a href="https://ep.bao.ac.cn/ep/">Einstein Probe</a> en janvier dernier promet d’enrichir notre compréhension de ces objets grâce à des technologies innovantes de détection des rayons X. Cet été, il sera rejoint à 600 km au-dessus de nos têtes par le satellite <a href="https://www.svom.eu">SVOM</a> (<em>Space-based Multiband Astronomical Variable Objects Monitor</em>). Ces deux missions, fruits de collaborations sino-européennes, vont notamment se consacrer à l’étude des « cataclysmes cosmiques », des événements souvent brefs qui libèrent de grandes quantités d’énergie, mais qui fournissent aussi de précieuses informations sur les trous noirs.</p>
<p>Chaque galaxie abrite en son cœur un trou noir supermassif concentrant des millions de fois la masse du Soleil dans une région de taille comparable à celle du système solaire. Comment ces trous noirs se forment-ils ? Comment dévorent-ils la matière qui gravite à leur voisinage ? Comment sont-ils capables d’éjecter une partie de cette matière à des vitesses approchant celle de la lumière ? Ces questions passionnantes demeurent des énigmes pour les astrophysiciens car l’étude des trous noirs est rendue complexe par le simple fait qu’ils n’émettent pas de lumière.</p>
<p>Pour mieux les comprendre, il s’agit d’être à l’affût, car les occasions sont rares. Le moment parfait se présente lorsqu’ils se mettent en action, engloutissant la matière orbitant à leur voisinage. Le gaz chauffé émet alors de la lumière, notamment dans le domaine des rayons X, qui sont absorbés par l’atmosphère terrestre et donc inobservables depuis le sol. Ce rayonnement, parfois émis sur de brèves périodes de temps, est cependant observable par des <a href="https://theconversation.com/fr/topics/telescope-124015">observatoires</a> placés en orbite terrestre, en dehors de l’atmosphère, comme les satellites Einstein Probe et SVOM.</p>
<h2>Einstein Probe : des yeux de homard en orbite</h2>
<p>Dirigé par une collaboration de l’Académie des sciences chinoise, du <em>Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics</em> en Allemagne, de l’Agence spatiale européenne et du CNES, l’agence spatiale française, Einstein Probe embarque à son bord deux télescopes à rayons X. L’un des deux, le <em>Wide Field X-ray Telescope</em> (WXT) est un instrument de nouvelle génération dont la conception optique imite les yeux du homard. Ces derniers sont en effet constitués de petites structures hexagonales, les ommatidies, qui sont chargées de diriger la lumière sur les cellules photosensibles de l’œil. </p>
<p>De la même manière, l’optique du WXT est constituée de canaux microscopiques agencés en une configuration sphérique, qui focalisent la lumière sur les détecteurs tout en offrant un champ de vue beaucoup plus grand que les configurations optiques traditionnelles. De cette façon, le WXT sera capable de scruter l’ensemble du ciel nocturne en un petit peu moins de 5 heures, permettant ainsi la recherche de nouvelles sources cosmiques de rayons X.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/576472/original/file-20240219-18-miu7bl.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="Vue microscopique des yeux de homard : une première image montre la tête du homard et ses yeux, une seconde fait un gros plan sur l’œil" src="https://images.theconversation.com/files/576472/original/file-20240219-18-miu7bl.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/576472/original/file-20240219-18-miu7bl.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=264&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/576472/original/file-20240219-18-miu7bl.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=264&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/576472/original/file-20240219-18-miu7bl.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=264&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/576472/original/file-20240219-18-miu7bl.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=331&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/576472/original/file-20240219-18-miu7bl.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=331&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/576472/original/file-20240219-18-miu7bl.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=331&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Vue microscopique des yeux de homard. On distingue les pores microscopiques (ommatidies) disposés sur une sphère qui réfléchissent la lumière et la dirigent vers la rétine.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lobster_optics.jpg">Jordan Camp/Wikimedia</a></span>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/576518/original/file-20240219-28-6pjqoc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="Schéma du fonctionnement des yeux du homard : les rayons parallèles sont tous réfléchis de façon à se focaliser sur la rétine" src="https://images.theconversation.com/files/576518/original/file-20240219-28-6pjqoc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/576518/original/file-20240219-28-6pjqoc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=386&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/576518/original/file-20240219-28-6pjqoc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=386&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/576518/original/file-20240219-28-6pjqoc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=386&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/576518/original/file-20240219-28-6pjqoc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=485&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/576518/original/file-20240219-28-6pjqoc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=485&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/576518/original/file-20240219-28-6pjqoc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=485&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Les ommatidies réfléchissent les rayons lumineux vers le centre de la sphère. Inspirés par ce mécanisme, l’optique du WXT est munie de canaux microscopiques qui focalisent la lumière sur les détecteur tout en offrant un champ de vue inédit.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Alexis Coleiro</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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<p>L’un des enjeux principaux de la mission Einstein Probe sera l’observation de trous noirs supermassifs surpris en plein festin. Le WXT scrutera en effet le ciel à la recherche des sursauts lumineux associés au passage d’une étoile un peu trop près d’un trou noir. En s’en approchant, celle-ci se retrouve disloquée, formant alors un disque d’accrétion dont une partie de la masse sera ensuite avalée par le trou noir situé au centre. En observant ce copieux repas et en comparant les données obtenues à des modèles théoriques, les astrophysiciens peuvent estimer la masse du trou noir et explorer ainsi les régions les plus internes des galaxies, théâtres de ces tragédies cosmiques.</p>
<p>Décrit théoriquement dès les années 1970, un tel événement, appelé « événement de rupture par effet de marée », a été <a href="https://arxiv.org/pdf/astro-ph/0402468.pdf">observé pour la première fois début des années 2000</a>. Depuis lors, une centaine d’événements similaires ont été observés, dévoilant une variété étonnante de caractéristiques. Einstein Probe poursuivra cette moisson cosmique qui nous permettra de recenser les trous noirs supermassifs généralement si discrets et de dresser ainsi un inventaire de leur répartition en fonction de leur masse, encore largement méconnue.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/576479/original/file-20240219-16-qt73uk.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="Vue d’artiste représentant une étoile déchiquetée par les forces de marée d’un trou noir supermassif" src="https://images.theconversation.com/files/576479/original/file-20240219-16-qt73uk.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/576479/original/file-20240219-16-qt73uk.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=340&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/576479/original/file-20240219-16-qt73uk.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=340&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/576479/original/file-20240219-16-qt73uk.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=340&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/576479/original/file-20240219-16-qt73uk.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=427&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/576479/original/file-20240219-16-qt73uk.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=427&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/576479/original/file-20240219-16-qt73uk.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=427&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Sous l’effet de l’attraction gravitationnelle intense d’un trou noir, une étoile dans les environs peut se faire déchiqueter, libérant au passage de grandes quantités d’énergie.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://images.nasa.gov/details/PIA22355">NRAO/AUI/NSF/NASA</a></span>
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<h2>La fin de vie des étoiles les plus massives</h2>
<p>La mission Einstein Probe étudiera non seulement les trous noirs supermassifs, mais aussi les trous noirs stellaires formés lors de la mort des étoiles les plus massives. Lorsqu’une telle étoile arrive en fin de vie, les réactions nucléaires en son cœur ayant cessé, les parties les plus internes de l’étoile s’effondrent sur elles-mêmes sous l’effet de leur propre gravité, créant une déflagration accompagnée d’un rayonnement très intense. C’est ce que l’on appelle une supernova qui laisse derrière elle un objet extrêmement dense : une étoile à neutrons ou bien un trou noir de masse stellaire. La collecte des premiers photons s’échappant lorsque l’onde de choc atteint la surface de l’étoile est essentielle car leurs propriétés nous fournissent des informations précieuses sur l’étoile qui vient de s’éteindre. Le WXT, grâce à son champ de vue inédit, sera un instrument idéal pour rechercher ces signaux.</p>
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<p>Mais l’histoire ne s’arrête pas là. Certaines supernovae sont également accompagnées de brèves bouffées de rayons gamma si intenses qu’elles constituent le phénomène le plus énergétique aujourd’hui observé dans l’Univers, délivrant une luminosité équivalente à celle de centaines de millions de milliards de Soleils. Ces phénomènes, appelés sursauts gamma sont produits lors de l’effondrement d’une étoile en trou noir. Des jets de matière se propageant à des vitesses proches de celle de la lumière sont alors émis de part et d’autre de l’astre. Pour détecter les sursauts gamma, un alignement parfait avec ces jets très étroits est donc nécessaire, comme pour voir la lumière d’un phare.</p>
<h2>SVOM, à la recherche des sursauts gamma</h2>
<p>L’objectif principal du satellite SVOM qui sera mis en orbite cet été est justement la détection des sursauts gamma. Quatre instruments seront installés à bord dont le <a href="https://www.svom.eu/telescope-eclairs/">télescope ECLAIRs</a> conçu par des chercheurs et ingénieurs français de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), du CEA, du laboratoire Astroparticule et Cosmologie (APC) et du CNES pour détecter les photons gamma.</p>
<p>Dans cette gamme d’énergie et afin de couvrir un large champ de vue, il n’est pas possible d’utiliser des miroirs pour focaliser la lumière car les photons le traverseraient sans être réfléchis. L’instrument ECLAIRs utilisera donc une technique d’imagerie par masque codé qui reprend le principe de la chambre noire de l’appareil photo : un petit trou percé dans une boîte opaque à la lumière permet de former une image sur la face opposée de la boîte. Un télescope à masque codé a un fonctionnement assez similaire. </p>
<p>Cependant, comme le trou par lequel passent les rayons lumineux est minuscule, l’intensité de l’image est très faible. Le petit trou est donc remplacé par un masque constitué d’un matériau opaque aux rayons gamma et perforé d’une multitude de trous plus grands. Comme pour le sténopé, chaque trou crée une image sur le détecteur, mais comme il y a beaucoup de trous sur le masque, il y a autant d’images qui se superposent sur le détecteur. Analysé par les algorithmes mathématiques adéquats, ce signal permet de recréer l’image du ciel en rayons gamma et de détecter ainsi nos fameux sursauts gamma.</p>
<p>Cette technologie n’est pas nouvelle, mais ECLAIRs a la spécificité de pouvoir récolter des photons d’une énergie plus faible que ces prédécesseurs ce qui lui permettra notamment de rechercher des sursauts gamma plus lointains et donc d’explorer la formation des premiers trous noirs de masse stellaire.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/576483/original/file-20240219-21-nal8fa.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="Photographie du modèle de vol de l’instrument ECLAIRs. Son masque codé est visible au premier plan" src="https://images.theconversation.com/files/576483/original/file-20240219-21-nal8fa.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/576483/original/file-20240219-21-nal8fa.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=399&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/576483/original/file-20240219-21-nal8fa.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=399&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/576483/original/file-20240219-21-nal8fa.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=399&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/576483/original/file-20240219-21-nal8fa.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=501&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/576483/original/file-20240219-21-nal8fa.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=501&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/576483/original/file-20240219-21-nal8fa.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=501&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Grâce à son masque codé, ECLAIRs peut observer dans le domaine des rayons gamma en se passant de miroir ou de lentille.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.svom.eu/telescope-eclairs/">CNES/APC/CEA</a></span>
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<p>Les sujets de recherche abordés ici ne constituent qu’une partie des objectifs scientifiques d’Einstein Probe et de SVOM. Par exemple, la recherche de l’émission électromagnétique associée aux fusions d’étoiles à neutrons, <a href="https://theconversation.com/lastronomie-multi-messagers-croiser-les-informations-pour-mieux-apprehender-lunivers-171074">comme celle détectée en 2017</a>, figure aussi parmi les priorités de ces deux missions spatiales. </p>
<p>Après leurs lancements respectifs depuis la base de Xichang en Chine, débutera ce qu’on appelle une phase dite de recette en vol, marquée par la mise en marche, les tests et les calibrations des instruments. Ces étapes préliminaires sont cruciales pour garantir la fiabilité des données et préparer ainsi le terrain pour l’exploitation scientifique à venir. Les premiers résultats de ces deux missions pourraient arriver d’ici la fin de l’année, offrant ainsi une perspective inédite sur l’Univers cataclysmique.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/221695/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Alexis Coleiro a reçu des financements du Centre National d'Etudes Spatiales (CNES), du CNRS et du LabEx UnivEarthS de l'Université Paris Cité. Il participe aux projets Einstein Probe et SVOM.</span></em></p>Lors des événements les plus violents observables dans l’Univers, un trou noir est souvent dans les parages. Deux missions spatiales vont traquer ces phénomènes pour percer les mystères de ces astresAlexis Coleiro, Maître de conférences à l'Université Paris Cité, astrophysicien au laboratoire APC, Université Paris CitéLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/2212462024-01-16T16:16:21Z2024-01-16T16:16:21ZPourquoi certains trous noirs sont-ils plus gros que d’autres et comment grandissent-ils ?<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/569504/original/file-20231129-23-ug9ynd.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=5%2C15%2C3429%2C2863&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Les trous noirs utilisent la gravité pour attirer la matière en leur sein. </span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://newsroom.ap.org/detail/HungryBlackHole/4cd9b7c1c318427ba2f3b78c77cfe6de/photo?Query=black%20hole&mediaType=photo&sortBy=&dateRange=Anytime&totalCount=418&currentItemNo=7&vs=true&vs=true">NASA/Chandra X-ray Observatory/M.Weiss via AP</a></span></figcaption></figure><p>Les <a href="https://theconversation.com/fr/topics/trous-noirs-24673">trous noirs</a> sont des objets astronomiques denses dont la gravité est si forte que rien, pas même la lumière, ne peut s’en échapper. Tout ce qui franchit la limite de l’influence gravitationnelle d’un trou noir, appelée horizon des événements, tombe dans le trou noir. À l’intérieur de ce trou profond et dense, on ne le reverra plus jamais.</p>
<p>Les trous noirs jonchent l’univers. Certains, plus petits, sont disséminés au hasard dans des galaxies comme la Voie lactée. D’autres, gigantesques, appelés trous noirs « supermassifs », se trouvent au centre des galaxies. Ces derniers peuvent peser entre un million et un milliard de fois la masse de notre soleil. Vous vous posez donc peut-être la question : comment les astronomes peuvent-ils voir quelque chose d’aussi sombre ?</p>
<p>Je suis un astronome qui étudie les tout premiers trous noirs supermassifs qui se sont formés dans notre univers. Je veux comprendre comment ils se forment et dans quel type de voisinage astrophysique ils grandissent.</p>
<h2>Il existe différents types de trous noirs</h2>
<p>Comment les trous noirs commencent-ils leur vie ? Deux scientifiques célèbres, Albert Einstein et Karl Schwarzchild, ont été les premiers à imaginer l’idée des trous noirs. Ils pensaient qu’à la mort d’une étoile, son noyau pouvait se contracter jusqu’à ce qu’il s’effondre sous son propre poids. C’est ce que les astronomes appellent un « trou noir de masse stellaire », ce qui revient à dire qu’il est plutôt petit.</p>
<p>Les trous noirs de masse stellaire ne sont que quelques fois plus gros que notre soleil. Les trous noirs supermassifs sont en revanche plus mystérieux. Ils sont des millions de fois plus lourds que notre soleil et sont concentrés dans une petite zone de l’univers. Certains scientifiques pensent qu’ils pourraient se former à la suite de la collision et de l’effondrement simultané de nombreuses étoiles, tandis que d’autres pensent qu’ils existent depuis plusieurs milliards d’années.</p>
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<iframe width="440" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/tMax0KgyZZU?wmode=transparent&start=0" frameborder="0" allowfullscreen=""></iframe>
<figcaption><span class="caption">Les étoiles au centre de la Voie lactée tournent autour d’un objet invisible, un trou noir supermassif, comme les planètes tournent autour du Soleil (Andrea Ghez/UCLA/Keck Observatory).</span></figcaption>
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<h2>Les trous noirs qui grandissent</h2>
<p>À quoi ressemblent les trous noirs ? La plupart du temps, ils ne se développent pas activement et sont donc invisibles. Mais nous pouvons nous en rendre compte parce que des étoiles peuvent orbiter autour d’eux, tout comme la Terre autour du Soleil.</p>
<p>Lorsque quelque chose orbite autour d’un objet invisible à grande vitesse, les scientifiques savent que cet objet est un trou noir supermassif. C’est le cas de celui le plus proche de nous, qui se trouve au centre de la Voie lactée, à des millions de kilomètres de la Terre.</p>
<p>Quand un trou noir dévore du gaz dans une galaxie, il chauffe ce gaz jusqu’à ce que l’on puisse voir un anneau rougeoyant de rayons X, de lumière optique et de lumière infrarouge. Une fois qu’il a épuisé tout son carburant près de l’horizon des événements, la lumière s’éteint à nouveau et le trou noir devient invisible.</p>
<h2>Autour des trous noirs</h2>
<p>L’un des « anneaux blancs » les plus célèbres est l’image d’un trou noir dans le film <em>Interstellar</em>. Dans ce film, on essaie de montrer l’anneau de gaz chauffé à blanc et incandescent qui tombe dans le trou noir en pleine croissance.</p>
<p>Dans la réalité, nous n’avons pas une vue aussi rapprochée. La meilleure image de l’anneau entourant un véritable trou noir provient du télescope Event Horizon, qui montre aux scientifiques le trou noir supermassif au centre d’une galaxie appelée M87. Il peut vous sembler flou, mais ce beignet est en fait l’image la plus nette jamais prise d’un objet aussi lointain.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/559440/original/file-20231114-27-fnfqnq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="Un cercle doré flou sur un fond noir" src="https://images.theconversation.com/files/559440/original/file-20231114-27-fnfqnq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/559440/original/file-20231114-27-fnfqnq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=350&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/559440/original/file-20231114-27-fnfqnq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=350&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/559440/original/file-20231114-27-fnfqnq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=350&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/559440/original/file-20231114-27-fnfqnq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=439&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/559440/original/file-20231114-27-fnfqnq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=439&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/559440/original/file-20231114-27-fnfqnq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=439&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">La toute première image d’un trou noir a été prise par l’Event Horizon Telescope en 2019. Vous pouvez voir la lumière se courber autour de l’intense gravité du trou noir au centre d’une galaxie appelée M87. Cela peut paraître flou, mais c’est l’équivalent de pouvoir lire un journal sur une table à Paris si vous vous trouviez à New York.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://eventhorizontelescope.org/press-release-april-10-2019-astronomers-capture-first-image-black-hole">Event Horizon Telescope</a></span>
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<p>Il existe de nombreux types de trous noirs dans l’univers. Certains sont petits et invisibles, tandis que d’autres atteignent des proportions gigantesques en dévorant tout ce qui se trouve à l’intérieur d’une galaxie et en brillant de mille feux.</p>
<p>Mais ne vous inquiétez pas, les trous noirs ne peuvent pas continuer à aspirer tout ce qui se trouve dans l’univers. Un jour, il n’y aura plus rien d’assez proche du trou noir pour y tomber, et il redeviendra invisible.</p>
<hr>
<figure class="align-left ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption"></span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.dianerottner.com/">Diane Rottner</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span>
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<p><em>Si toi aussi tu as une question, demande à tes parents d’envoyer un mail à : <a>tcjunior@theconversation.fr</a>. Nous trouverons un·e scientifique pour te répondre. En attendant, tu peux lire tous les articles <a href="https://theconversation.com/fr/topics/the-conversation-junior-64356">« The Conversation Junior »</a>.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/221246/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Jaclyn Champagne ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>La plupart des trous noirs sont invisibles, mais lorsqu’ils absorbent de la matière, de la lumière peut être émise et l’on peut les observer indirectement.Jaclyn Champagne, JASPER Postdoctoral Researcher, University of ArizonaLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/2099402023-09-26T19:10:40Z2023-09-26T19:10:40ZComment se crée un trou noir ?<p>Les trous noirs sont des objets astrophysiques fascinants. Depuis un siècle, ils passionnent le grand public ainsi que les physiciens du monde entier, qui les étudient toujours avec grand intérêt. L’un des mystères qui subsistent est leur formation, qui est encore aujourd’hui mal comprise.</p>
<h2>Qu’est-ce qu’un trou noir ?</h2>
<p>Le concept de trou noir date en France de Pierre-Simon de Laplace (1796), qui se demandait s’il était possible qu’un objet soit tellement dense que sa vitesse de libération (la vitesse minimale pour se libérer de l’attraction gravitationnelle d’un astre) soit supérieure à la vitesse de la lumière (qui vaut environ 300 000 km/s).</p>
<p>La vitesse de libération est la vitesse dont a besoin un corps pour échapper à l’attraction gravitationnelle d’un astre. Sur Terre, la vitesse de libération vaut 11,3 km/s (soit presque trente mille fois moins que la vitesse de la lumière), ce qui veut dire qu’un objet comme une fusée doit atteindre cette vitesse pour pouvoir sortir dans l’espace.</p>
<p>Si la masse de la Terre était concentrée dans une sphère d’environ 9 mm de rayon, la gravité serait beaucoup plus grande, ce qui pourrait alors piéger la lumière. Il faut donc un astre beaucoup plus dense que la Terre pour piéger la lumière.</p>
<p>Cette idée a été reprise en 1916, un an après qu’Einstein a publié la théorie de la relativité générale, par le physicien allemand Karl Schwarzschild : il démontre qu’un objet suffisamment dense peut empêcher la lumière de s’en échapper.</p>
<p>Si de la matière ou de la lumière est située à l’intérieur de l’horizon des évènements d’un trou noir, elle ne pourra pas s’en échapper : cet horizon est la « limite » du trou noir. C’est la surface d’une sphère dont le rayon est appelé rayon de Schwarzschild (qui est donc la « taille du trou noir »). Ce rayon est proportionnel à la masse de l’objet et est très petit : un trou noir d’une masse identique à celle du Soleil aurait un rayon d’environ 3 km (contre 700 000 km pour le Soleil).</p>
<p>Aujourd’hui, grâce à l’évolution des techniques d’observation, il est possible de photographier un trou noir. Voici comme exemple la photo du trou noir au centre de notre galaxie, Sagittarius A*.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/550330/original/file-20230926-27-1kj9d1.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/550330/original/file-20230926-27-1kj9d1.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=528&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/550330/original/file-20230926-27-1kj9d1.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=528&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/550330/original/file-20230926-27-1kj9d1.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=528&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/550330/original/file-20230926-27-1kj9d1.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=663&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/550330/original/file-20230926-27-1kj9d1.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=663&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/550330/original/file-20230926-27-1kj9d1.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=663&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">« Photo » de Sagittarius A*.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Akiyama, Kazunori, et coll.</span></span>
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<h2>Les différents scénarios de formation des trous noirs</h2>
<p>Il est difficile de savoir comment un trou noir s’est formé. Cependant, différents scénarios de formation des trous noirs existent, et ils dépendent de la catégorie de masse du trou noir.</p>
<p>Dans le cas d’un trou noir de masse comparable à celle du Soleil, on parle de trou noir stellaire. Ces trous noirs se forment par effondrement d’une étoile en fin de vie. Lorsqu’une étoile a transformé en son cœur tout son hydrogène en hélium, la gravité devient plus intense que la pression qui repousse la matière vers l’extérieur, et la matière s’effondre sur elle-même sous l’effet de son propre poids. La densité du cœur devient alors beaucoup plus importante, et il peut se transformer en une naine blanche, une étoile à neutrons ou un trou noir (selon la masse de l’étoile en question). De la même manière, une naine blanche peut s’effondrer gravitationnellement en une étoile à neutron ou un trou noir lorsqu’elle dépasse la masse de Chandrasekhar (environ 1,4 fois la masse du Soleil) ; une étoile à neutron peut à son tour s’effondrer en un trou noir lorsqu’elle atteint la limite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (égale à environ 2,5 fois la masse du Soleil).</p>
<p>Deux trous noirs stellaires peuvent fusionner pour former un trou noir plus massif. C’est ce qui arrive pour ce que l’on appelle des systèmes binaires. Un système binaire est composé de deux étoiles tournant l’une autour de l’autre, plutôt que d’une seule étoile comme dans le système solaire. Un exemple très connu dans la culture populaire est la planète Tatooine de Star Wars, qui a deux soleils.</p>
<p>Certains systèmes binaires sont composés d’un trou noir et d’une étoile, ou de deux trous noirs. Dans ce cas, ces deux astres tournent l’un autour de l’autre en se rapprochant, jusqu’à fusionner. Ceci forme alors un trou noir plus massif que le précédent. La fusion de deux trous noirs a déjà été observée, notamment par le biais des ondes gravitationnelles.</p>
<p>Il existe un autre type de trous noirs : les trous noirs supermassifs, qui ont des masses allant du million à plusieurs milliards de masses solaires. Le trou noir au centre de la Voie lactée, Sagittarius A*, est un trou noir supermassif : il est plus de 4 millions de fois plus massif que le Soleil. Des trous noirs supermassifs ont aussi été observés au centre d’autres galaxies. L’origine de ces trous noirs est encore très débattue. L’une des sources privilégiées actuellement est celle de l’effondrement gravitationnel d’un énorme nuage de gaz dans l’univers primordial.</p>
<p>Longtemps restés des curiosités scientifiques hypothétiques, les trous noirs sont aujourd’hui observés par la communauté scientifique. Beaucoup de mystères subsistent cependant, comme leur formation, mais aussi ce qui se trouve à l’intérieur de l’horizon…</p>
<hr>
<p><em>L’auteur aimerait remercier particulièrement Dr Stéphane Marchandon (École de biologie industrielle) pour des discussions intéressantes et des corrections apportées au présent article.</em></p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.dianerottner.com/">Diane Rottner</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span>
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<p><em>Si toi aussi tu as une question, demande à tes parents d’envoyer un mail à : <a href="mailto:tcjunior@theconversation.fr">tcjunior@theconversation.fr</a>. Nous trouverons un·e scientifique pour te répondre. En attendant, tu peux lire tous les articles <a href="https://theconversation.com/fr/topics/the-conversation-junior-64356">« The Conversation Junior »</a>.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/209940/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Romain Codur ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Les trous noirs sont encore des astres très mystérieux. Théorisés il y a plus de cent ans, on arrive enfin à les observer.Romain Codur, Professeur de Physique, Dynamique des fluides et Modélisation, École de Biologie Industrielle (EBI) Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/2134872023-09-19T16:14:48Z2023-09-19T16:14:48ZSans culture linguistique, pas de culture scientifique<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/549043/original/file-20230919-23-g2q47d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=21%2C21%2C2023%2C1339&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Les équations ne parlent pas toutes seules. </span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/117994717@N06/26222024706/in/photostream/">J. Barande / Ecole Polytechnique</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p><a href="https://www.lemonde.fr/idees/article/2023/09/05/m-gabriel-attal-redonnez-a-l-ecrit-des-l-ecole-primaire-ses-lettres-de-noblesse_6187830_3232.html">Dans un récent manifeste</a>, un collectif de personnalités en appelle au ministre de l’Éducation nationale pour développer à l’école « une véritable culture de la lecture et de l’écriture ». Parmi les signataires, des écrivains et écrivaines, des journalistes, des artistes. Mais pas de scientifiques, comme s’ils n’avaient ni compétence ni intérêt pour le langage et ses mots.</p>
<p>Cette dépréciation du rôle de la langue dans le travail de la science est banale. Même un sémiologue aussi averti que Roland Barthes <a href="https://www.cairn.info/plurilinguisme-et-creativite-scientifique--9791022740944-page-22.htm">écrivait</a> :</p>
<blockquote>
<p>« Pour la science, le langage n’est qu’un instrument, que l’on a intérêt à rendre aussi transparent, aussi neutre que possible, assujetti à la matière scientifique (opérations, hypothèses, résultats) qui, dit-on, existe en dehors de lui et le précède : il y a d’un côté et d’abord les contenus du message scientifique, qui sont tout, d’un autre côté et ensuite la forme verbale chargée d’exprimer ces contenus, qui n’est rien. »</p>
</blockquote>
<p>Et le physicien que je suis se souvient avec un mélange d’hilarité et de consternation d’une scène d’un film de Hitchcock (pas l’un de ses meilleurs !), <em>Le Rideau déchiré</em> (1966), où deux savants s’affrontent devant un tableau noir, écrivant et effaçant tour à tour des formules cabalistiques, sans échanger aucun mot ou presque, topos que l’on retrouve dans le récent <em>Oppenheimer</em>.</p>
<p>Mais la science, à l’inverse de l’armée, n’a pas vocation à être une « grande muette », tant la production du savoir, y compris dans les sciences les plus formalisées, comme les mathématiques ou la physique, que son partage, par l’enseignement ou la médiation, à l’oral comme à l’écrit, ne peuvent se passer du recours à la langue.</p>
<h2>Un « langage scientifique ? »</h2>
<p>Certains, reconnaissant cette nécessité, avancent qu’il s’agirait pour faciliter l’apprentissage des sciences, de <a href="https://gaia-svt.weebly.com/blog/67-le-langage-scientifique-parlons-peu-parlons-bien">développer celui d’un prétendu « langage scientifique »</a>. Mais celui-ci n’existe tout simplement pas, et il s’agit bien ici de la langue commune, celle qui se pratique dans tout échange social. Car l’existence de terminologies spécialisées dans les diverses disciplines scientifiques, comme dans toute activité humaine, aussi bien en couture et en cuisine qu’en météorologie et en chimie, ne saurait occulter l’emploi obligatoire des règles syntaxiques et des classes grammaticales usuelles qui fondent une langue.</p>
<p>Reste que la science contemporaine manifeste une grande désinvolture dans le choix de son vocabulaire propre. Bien souvent, les termes qu’elle emploie et qu’elle diffuse relèvent plus de stratégies médiatiques, voire d’enjeux publicitaires, que d’un souci d’adéquation sémantique. Ainsi, des expressions comme <em>trou noir</em>, <em>big bang</em>, <em>supercordes</em>, <em>énergie sombre</em>, pour s’en tenir au registre de la cosmologie, aussi fascinantes soient-elles, ne rendent aucunement justice aux objets et phénomènes qu’elles concernent.</p>
<p>De fait, un « trou noir » n’est pas vide, ni vraiment noir, le « big bang » n’est pas une explosion instantanée et ne fait pas de bruit, etc. De telles expressions sont conçues par les scientifiques eux-mêmes pour séduire les profanes, mais les trompent au lieu de les éclairer.</p>
<p>Une bonne vulgarisation est nécessairement exigeante et ne peut faire l’impasse sur la difficulté et la spécificité des concepts scientifiques. Comme le disait déjà Euclide, « il n’y a pas de voie royale » pour accéder à la science. Le paradoxe est que ces facilités de langage finissent par avoir des effets régressifs sur les chercheurs eux-mêmes.</p>
<h2>Faire parler les équations</h2>
<p>Nombre des problèmes conceptuels qui continuent <a href="https://www.academia.edu/25210063/DURING_and_LEVY-LEBLOND_Les_d%C3%A9couvertes_philosophiques_n%C3%A9gatives_de_la_physique_contemporaine_2009_">à hanter la physique contemporaine</a> (la question du déterminisme, ou celle de l’origine de l’univers) trouvent leur source dans la négligence des puissances de la langue et dans la désinvolture de son usage ; le montre la coexistence d’un consensus assez général sur les formalismes mathématiques et de désaccords sur leur interprétation : c’est bien que la formalisation ne suffit en rien à énoncer et maîtriser le savoir qu’elle sous-tend. Autrement dit, les équations ne parlent pas ou plutôt ne disent rien si elles ne s’insèrent pas dans un échange communicationnel nécessairement langagier qui seul peut leur donner sens.</p>
<p>Déjà Lavoisier, dans l’introduction de son <em>Traité de chimie élémentaire</em>, publié en 1789, écrivait : « Toute science est nécessairement formée de trois choses, la série des faits qui la constituent ; les idées qui les rappellent ; les mots qui les expriment. Il en résulte qu’on ne peut perfectionner le langage sans perfectionner la science, ni la science sans le langage, et que quels que certains que fussent les faits, quelles que justes que fussent les idées qu’ils auraient fait naître, ils ne transmettraient encore que des impressions fausses, si nous n’avions pas des expressions exactes pour les rendre. »</p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/petit-guide-pour-bien-lire-les-publications-scientifiques-151158">Petit guide pour bien lire les publications scientifiques</a>
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<p>Une attitude à la fois plus respectueuse et plus critique à l’égard des mots utilisés pour rendre compte des signes et des formules est en mesure souvent d’éclairer, sinon de régler, ces problèmes épistémologiques.</p>
<p>À titre d’exemple, considérons le « principe d’incertitude » introduit en théorie quantique par <a href="https://theconversation.com/heisenberg-le-physicien-de-lincertitude-124136">W. Heisenberg</a> en 1927 et qui a donné lieu à tant d’exégèses philosophiques, idéologiques, culturelles infondées. Or, près d’un siècle plus tard, il est devenu évident qu’il ne s’agit nullement d’un principe fondamental mais seulement d’une conséquence des notions quantiques de base et surtout que le terme d’"incertitude" avec ses connotations psychologiques est totalement inapproprié. Aussi emploie-t-on désormais de plus en plus la terminologie plus sobre et plus neutre <a href="https://www.youtube.com/watch?v=ctU8Crgeu8M">d’« inégalités de Heisenberg »</a>.</p>
<p>Il ne serait pas difficile de montrer que la situation n’est guère différente dans bien d’autres domaines de la science actuelle, à commencer par la biologie et la génétique. Ainsi de la métaphore selon laquelle l’ADN est un « code génétique » qui constituerait un « grand livre de l’hérédité ».</p>
<figure class="align-left zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/549045/original/file-20230919-21-hzu1pe.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/549045/original/file-20230919-21-hzu1pe.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/549045/original/file-20230919-21-hzu1pe.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=920&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/549045/original/file-20230919-21-hzu1pe.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=920&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/549045/original/file-20230919-21-hzu1pe.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=920&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/549045/original/file-20230919-21-hzu1pe.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=1156&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/549045/original/file-20230919-21-hzu1pe.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=1156&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/549045/original/file-20230919-21-hzu1pe.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=1156&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="attribution"><span class="source">Armand Colin</span></span>
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<p>Ajoutons que les problèmes évoqués ci-dessus sont considérablement aggravés par la domination, en tout cas dans les sciences de la nature, d’un anglais abâtardi (globish) comme lingua franca. Ce langage appauvri, dépourvu de son arrière-plan culturel et de ses connotations implicites, ne favorise évidemment pas une expression maîtrisée et une évaluation critique des néologismes qu’exige le développement scientifique.</p>
<p>Il est donc nécessaire de demander aux chercheurs scientifiques, mais aussi aux journalistes et médiateurs, une conscience plus aiguë de leur responsabilité linguistique et donc d’inclure cette thématique dans leur formation professionnelle.</p>
<p>Un remarquable apport à cette entreprise est fourni par le récent livre de l’éminent linguiste Sylvain Detey, <em>Savons-nous vraiment parler ? Du contrat linguistique comme contrat social</em> (Armand Colin, 2023). Bien que portant sur la question du langage en toute généralité, nombre de ses conclusions et propositions méritent d’être étudiées et méditées par quiconque est sensible aux rôles du langage dans la pratique des sciences.</p>
<h2>Contresens et malentendus</h2>
<p>Ainsi du premier chapitre, plaisamment intitulé « La communication : un handicap pour tous ? » qui met en évidence les illusions si répandues quant à l’efficacité supposée des modes de communication spontanés, dont les faiblesses, évidentes dès lors qu’il s’agit pour nous d’utiliser une langue étrangère, ne sont qu’à peine moindres dans notre langue native, où les malentendus sont d’autant plus pernicieux qu’ils sont moins perçus.</p>
<p>Particulièrement intéressant aussi, dans le présent contexte, est le chapitre 5, « Du monolingue au polyglotte », où Detey met en lumière les différences de perception et donc d’expression entre langues, et souligne l’intérêt d’une bonne maîtrise de langues étrangères (deux au moins affirme-t-il !) quant au développement d’une meilleure maîtrise de sa propre langue. Prendre conscience de la diversité linguistique qui se manifeste y compris dans des catégories fondamentales de la pensée permet une utile compréhension des singularités et des limites qui caractérisent nos usages langagiers les plus usuels.</p>
<p>Un exemple princeps est celui de la numération, où le japonais utilise des spécificateurs, c’est-à-dire des suffixes ajoutés aux noms des nombres et déterminés par la forme des objets comptés (selon qu’ils sont longs, ou plats, etc.) ou leur nature (voitures, poissons, livres, etc.), alors que les langues européennes <a href="https://www.persee.fr/doc/clao_0153-3320_1992_num_21_1_1411">ont des termes numéraux génériques</a>.</p>
<p>On comprend dès lors, pour en revenir aux usages scientifiques de la langue, que la question est moins celle du recours à l’anglais, que celle de la qualité de cet anglais. Un exemple caricatural m’avait jadis été fourni par un ouvrage de géométrie élémentaire traduit de l’anglais, où l’énoncé d’un exercice commençait par cette phrase surprenante : « soit deux points dans un avion ». S’en était suivie une minute de sidération avant que je ne repère la confusion entre les deux sens possibles du mot « plane » en anglais (avion ou plan).</p>
<p>L’auteur conclut justement son livre en écrivant : « avant donc que d’écrire sur Internet, et de parler dans l’espace public, apprenons à penser, et à parler ou à écrire, en respectant la rationalité scientifique ». Je me permettrai seulement d’ajouter que ladite rationalité scientifique, en tant qu’elle est fondée dans le langage, a beaucoup à y gagner.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/213487/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Jean-Marc Lévy-Leblond ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Comme dans tous les autres domaines, la qualité et la précision de l’expression orale et écrite, en sciences, impactent la transmission des idées et le raisonnement. En tenons-nous suffisamment compte ?Jean-Marc Lévy-Leblond, Physicien, épistémologue, essayiste. Professeur de l'université de Nice, Université Côte d’AzurLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/2099042023-08-20T20:13:53Z2023-08-20T20:13:53ZÀ la recherche de la matière noire galactique depuis les profondeurs de la Terre<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/541960/original/file-20230809-23-o0toe7.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C5%2C1800%2C1191&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">CRESST (Cryogenic Rare Event Search using Superconducting Thermometers) est une expérience de recherche de particules de matière noire au LNGS (laboratoire souterrain du Gran Sasso, Italie)</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://cresst-experiment.org/fileadmin/_processed_/e/4/csm_Run36_Mounting_6d38a6968a.jpg">CREEST</a></span></figcaption></figure><p>Euclid, une mission de l’Agence spatiale européenne (ESA) a quitté la Terre le 1<sup>er</sup> juillet 2023 et tentera, en particulier, de mettre en évidence la matière noire galactique. </p>
<p>Ce n’est que dans les années 1970 que la question de l’existence de la matière noire suscite de l’intérêt. À ce propos, Matière Noire est une mauvaise traduction française de « Dark Matter » en anglais qui veut plutôt dire matière « invisible » ou « non observée/cachée ». Si la matière avait été « noire », on aurait écrit en anglais « black ».</p>
<p>L’astronome américaine <a href="https://blogs.futura-sciences.com/feldmann/2021/07/23/vera-rubin-lastronome-invisible-qui-nous-a-revele-la-matiere-noire/">Vera Rubin</a>, doctorante dans les années 1970, étudie la rotation des galaxies spirales (il y a trois types de galaxies : spirale, elliptique et irrégulière ; notre galaxie, la Voie lactée, est de type spirale). L’étude de Vera Rubin s’attelle à la question de savoir si la « masse lumineuse », c’est-à-dire la masse visible – qui est déduite de la présence des étoiles – est bien égale à la masse dynamique (masse totale en étudiant la dispersion des vitesses).</p>
<p>En décrivant la vitesse de rotation de la galaxie en fonction de la distance au centre de la même galaxie, on fait une mesure directe de la distribution globale de matière dans la galaxie. La vitesse maximale de rotation d’une galaxie spirale se trouve à quelques kiloparsecs du centre (le parsec est une unité de longueur astronomique qui équivaut à 3,26 années de lumière, 206 265 unités astronomiques ou 30 900 milliards de km environ), puis elle est censée décroître. En effet, les étoiles à la périphérie de la galaxie sont en orbite autour du centre, de la même manière que les planètes sont en orbite autour du Soleil. Les étoiles en périphérie de la galaxie ont une vitesse orbitale inférieure à celles qui sont situées plus près de son centre. </p>
<p>Or, Vera Rubin observe que les étoiles situées à la périphérie de la galaxie d’Andromède – comme pour d’autres galaxies spirales – semblent tourner trop vite (les vitesses restaient pratiquement constantes au fur et à mesure que l’on s’éloignait du centre). Elle arrive à la conclusion qu’il manque de la masse pour expliquer ces vitesses de rotation. De nombreuses autres observations similaires sont effectuées dans les années 1980, venant renforcer celles de Vera Rubin. La quête de la matière noire est dès lors un objectif de recherche intense en astrophysique, en astroparticules et en physique des particules. </p>
<p>Depuis l’observation du fond diffus cosmologique ou rayonnement fossile (résidu d’un rayonnement émis par l’Univers lorsqu’il était dans une phase très chaude et dense, au tout début, juste 380 000 ans après le Big Bang) par des satellites tel que <a href="https://planck.cnes.fr/fr">Planck</a>, la matière noire semble représenter une masse environ six fois supérieure à celle de la matière visible ; elle devrait constituer environ 26 % de l’Univers et donc la matière que nous connaissons et qui constitue toutes les étoiles et les galaxies ne représente que 5 % du contenu de l’Univers. La matière noire n’interagit pas, ou extrêmement peu, avec la matière « ordinaire » (notre monde connu) rendant sa détection et sa caractérisation très difficiles. Sa présence n’est détectée que par son influence gravitationnelle.</p>
<p>Les recherches se déroulent également en grande partie sur Terre, et je dirai même plus précisément sous Terre par exemple à l’accélérateur LHC du CERN. </p>
<h2>Une recherche souterraine</h2>
<p>L’avantage des expériences sous terre est de combiner la détection directe avec la détection indirecte de matière noire à partir des relevés astronomiques. Par conséquent, la forte synergie entre les sondes astrophysiques (indirectes) et les laboratoires souterrains (sonde directe) peut permettre de mesurer et limiter conjointement l’effet de la matière noire. Onze laboratoires souterrains pour la recherche de la matière noire et d’autres objets astrophysiques sont opérationnels dans l’hémisphère nord.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/541218/original/file-20230804-25-24i2a7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/541218/original/file-20230804-25-24i2a7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/541218/original/file-20230804-25-24i2a7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=332&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/541218/original/file-20230804-25-24i2a7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=332&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/541218/original/file-20230804-25-24i2a7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=332&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/541218/original/file-20230804-25-24i2a7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=417&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/541218/original/file-20230804-25-24i2a7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=417&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/541218/original/file-20230804-25-24i2a7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=417&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">La carte du monde des laboratoires souterrains. Onze laboratoires sont opérationnels, ils se trouvent tous dans l’hémisphère Nord (point vert). Le laboratoire australien est en cours de mise en route (point orange). Les trois autres sites dont deux dans l’hémisphère Sud (point rouge) sont encore des projets.</span>
<span class="attribution"><span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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</figure>
<p>En France, on trouve par exemple le laboratoire souterrain de Modane, près de la frontière italienne où l’expérience <a href="https://theconversation.com/lexperience-edelweiss-ou-comment-sonder-lunivers-sous-les-montagnes-156259">EDELWEISS</a> sonde cette hypothèse de l’existence de la matière noire sous la montagne depuis quinze ans.</p>
<p>Les laboratoires souterrains sont plus ou moins profonds. Les plus profonds sont installés dans des anciennes mines comme SNOLAB au Canada (2 000 m) ou CJPL en Chine (2 400 m). Les laboratoires souterrains de Modane (LSM, France) et Gran Sasso (LNGS, Italie) se trouvent respectivement à environ 1 700 m et 1 400 m sous la roche de la montagne et dans un tunnel (Frejus/Gran Sasso).</p>
<p>L’emplacement souterrain garantit naturellement une suppression élevée des particules de rayons cosmiques produits dans l’atmosphère et, par conséquent, de sous-produits cosmogéniques (comme les noyaux <a href="https://theconversation.com/quand-les-boissons-energisantes-etaient-chargees-en-radioactivite-209535?utm_term=Autofeed&utm_medium=Social&utm_source=Twitter#Echobox=1690292220">radioactifs</a>)</p>
<h2>Comment détecte-t-on la matière noire sous Terre ?</h2>
<p>Cette matière noire, présente dans notre galaxie, est considérée comme une sorte de gaz de particules « exotiques » dans lequel nous baignerions. La Terre se déplaçant dans la galaxie, elle rencontre directement ces particules, il n’est donc pas nécessaire d’aller la chercher bien loin. Mais pour pouvoir l’observer directement, il est nécessaire qu’elle interagisse avec la matière ordinaire.</p>
<p>Lorsqu’une particule de matière noire frappe un noyau de matière ordinaire, elle pourrait provoquer un recul de celui-ci. Détecter cet infime mouvement permettrait de signer son passage.</p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/541220/original/file-20230804-19-p7nvgb.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/541220/original/file-20230804-19-p7nvgb.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=488&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/541220/original/file-20230804-19-p7nvgb.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=488&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/541220/original/file-20230804-19-p7nvgb.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=488&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/541220/original/file-20230804-19-p7nvgb.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=613&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/541220/original/file-20230804-19-p7nvgb.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=613&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/541220/original/file-20230804-19-p7nvgb.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=613&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Principe de la détection directe de matière noire appelée WIMPs par scintillateur (expérience DAMA) au LNGS (Laboratoire souterrain du Gran Sasso).</span>
<span class="attribution"><span class="source">Blog ça se passe là-haut</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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<p>Pour être sûrs de capter des événements si rares et peu expressifs, les détecteurs doivent être conçus dans un matériau très peu radioactif et protégé des radiations parasites afin de minimiser le bruit de fond qui cacherait le signal recherché. D’où l’intérêt d’installer les observatoires dans des laboratoires souterrains, pour éviter, comme déjà évoqué, un maximum de rayonnements (cosmiques et radioactifs) qui pourraient perturber les mesures.</p>
<p>Les recherches engagées dans les laboratoires souterrains construits dans les années 1980/1990 ont été entreprises dans le but d’étudier des phénomènes liés à la physique des hautes énergies et astroparticules (durée de vie du proton, physique des neutrinos, etc.). Le XXI<sup>e</sup> siècle a vu la mise en route d’expériences plus ambitieuses pour explorer la matière noire du cosmos. </p>
<p>Cependant, avec le progrès technologique et les savoir-faire sous-jacents, les laboratoires souterrains se sont vite vu très utiles à d’autres disciplines. D’où l’intérêt des pays émergents de s’engager à leur tour pour participer à développer ces infrastructures, comme les projets ANDES (Argentine/Chile) et PAUL (Afrique du Sud). Ces laboratoires sont à la pointe de la recherche en astroparticules mais aussi d’autres activités liées aux mesures de basses radioactivités pour la biologie. </p>
<p>Il y a aussi des opportunités immenses pour des recherches en séismologie, climatologie, glaciologie et astrobiologie. La possibilité de contrôler les conditions d’éclairage et d’autres paramètres environnementaux rend les laboratoires souterrains des lieux idéaux pour expérimenter l’agriculture hydroponique, comme pour les champignons. Ils fournissent d’autres opportunités comme de déterminer la capacité d’utiliser le sous-sol comme environnement de travail et même d’aménager les tunnels comme des environnements habitables. </p>
<p>D’autres hypothèses alternatives viennent expliquer le phénomène observé par Vera Rubin. La matière noire pourrait ne pas exister, et l’hypothèse de son existence peut être due à une méconnaissance partielle des lois de la gravité. D’autres théories postulent l’existence d’antigravité ou encore <a href="https://lejournal.cnrs.fr/articles/un-univers-sans-matiere-noire-0">l’existence de masses négatives dans notre Univers</a>, tout comme il existe des charges électriques positives et négatives. Ceci permet d’envisager un Univers sans matière noire.</p>
<p>En attendant les résultats des recherches, on pourra se délecter de quelques voyages dans le monde de la Science-Fiction comme avec la série TV <em>Dark</em> où une boule de matière noire créée par une centrale nucléaire permet de voyager dans le temps. Plus relaxant, la série <em>Futurama</em> où lorsque <a href="https://lejournal.cnrs.fr/articles/un-univers-sans-matiere-noire-0">« les Nibbloniens »</a>, petites créatures méchantes, digèrent leur nourriture sous forme de boules noires denses constituées de matière noire, boules de caca qui servent aussi de carburant pour les vaisseaux spatiaux.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/209904/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Fairouz Malek est chercheuse au CNRS, membre de l'association Parité Science pour la promotion et le soutien des femmes en science. Fairouz Malek a reçu des financements du CNRS pour effectuer ses recherches. </span></em></p>La matière noire est encore mystérieuse ; pourtant, elle serait six fois plus présente que la matière « ordinaire ». Plusieurs laboratoires dans le monde cherchent à percer ce mystère.Fairouz Malek, Physicienne, Directrice de recherches au CNRS, Université Grenoble Alpes (UGA)Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/2081202023-07-10T15:45:47Z2023-07-10T15:45:47ZUne mission japonaise pour étudier les événements les plus violents de l’univers<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/536634/original/file-20230710-12423-qq9j62.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&rect=38%2C0%2C1405%2C720&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Vue d'artiste du satellite XRISM.</span> <span class="attribution"><span class="source">JAXA</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>2023 est décidément une année très spatiale. Il n’y a pas une semaine sans un événement, que ce soit un test de nouvelle fusée, un lancement de mission ambitieuse, ou encore un essai d’exploration privé. À ce petit jeu, tant l’Europe, la <a href="https://theconversation.com/pourquoi-la-chine-tient-tant-a-gagner-la-nouvelle-course-aux-etoiles-155581">Chine</a> ou les <a href="https://theconversation.com/le-rover-emirati-rashid-doit-se-poser-sur-la-lune-pour-une-mission-ephemere-204283">Émirats</a> tentent de tenir la dragée haute aux Américains, entre collaboration et compétition. </p>
<p>Dans ce brouhaha généralisé, on oublie souvent un pays, le Japon – et on ne devrait pas… L’agence spatiale japonaise s’apprête à lancer <a href="https://xrism.isas.jaxa.jp/en/">XRISM</a> le 26 août, une mission moins médiatisée, certes, mais pas moins innovante ! Il s’agit ici de révéler en haute résolution les secrets des événements les plus violents de l’univers comme les explosions de supernovae ou le cannibalisme stellaire par exemple.</p>
<h2>Le Japon, une terre d’espace</h2>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/536616/original/file-20230710-17-gcky0q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/536616/original/file-20230710-17-gcky0q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=908&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/536616/original/file-20230710-17-gcky0q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=908&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/536616/original/file-20230710-17-gcky0q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=908&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/536616/original/file-20230710-17-gcky0q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=1141&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/536616/original/file-20230710-17-gcky0q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=1141&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/536616/original/file-20230710-17-gcky0q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=1141&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Hideo Itokawa, le père de l’astronautique japonaise..</span>
<span class="attribution"><span class="source">JAXA</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
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<p>Sur notre planète, il existe 11 puissances spatiales, c’est-à-dire 11 pays capables de lancer leurs propres satellites. Historiquement, le Japon se place en quatrième position, après les pionniers soviétiques (en 1957), américains (en 1958) et français (en 1965). Le pays a démarré son programme spatial dès les années 1950, sous la houlette du Pr Itokawa. Les premières fusées d’essai sont petites (la « crayon » n’a que 23 cm de long), mais elles augmentent rapidement en taille et aboutissent au lancement du premier satellite nippon, Oshumi, en février 1970.</p>
<p>Depuis, le Japon a déployé tout un ensemble de missions scientifiques, rivalisant sans complexe avec les autres nations spatiales. Ainsi, avec <a href="https://www.isas.jaxa.jp/en/missions/spacecraft/past/sakigake.html">Sakigake</a> et <a href="https://www.isas.jaxa.jp/en/missions/spacecraft/past/suisei.html">Suisei</a>, le pays n’a pas manqué le fameux rendez-vous avec la comète de Halley en 1986. De leur côté, Yohkoh puis Hinode nous ont renvoyé des vues éblouissantes du Soleil tandis que Selene/Kaguya nous proposait divers panoramas lunaires – dont un fameux « lever de Terre ».</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/536617/original/file-20230710-16328-ruryie.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/536617/original/file-20230710-16328-ruryie.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/536617/original/file-20230710-16328-ruryie.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=421&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/536617/original/file-20230710-16328-ruryie.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=421&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/536617/original/file-20230710-16328-ruryie.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=421&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/536617/original/file-20230710-16328-ruryie.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=529&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/536617/original/file-20230710-16328-ruryie.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=529&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/536617/original/file-20230710-16328-ruryie.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=529&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Des filaments de plasma observés sur le Soleil par Hinode.</span>
<span class="attribution"><span class="source">JAXA</span></span>
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<p>Et puis bien sûr, il y a eu les deux sondes <a href="https://theconversation.com/retour-de-la-sonde-hayabusa-2-sur-terre-de-la-poussiere-dastero-de-plein-les-yeux-145144">Hayabusa</a>, qui ont récemment ramené sur Terre des échantillons des astéroïdes Itokawa et Ryugu. Leur analyse continue de révéler de nombreuses facettes de notre système solaire primitif. Et si ces échantillons sont d’habitude réservés aux chercheurs, tout visiteur du musée de la JAXA, l’agence spatiale japonaise, à Tokyo-Sagamihara a le privilège d’en admirer une partie…</p>
<p>Mais il ne faut pas croire que seul le système solaire est concerné par les explorations nippones. Le Japon compte aussi un certain nombre de missions astrophysiques – et en particulier dédiées aux hautes énergies.</p>
<h2>L’astrophysique des hautes énergies</h2>
<p>La lumière a toujours été la première source d’information en astronomie. Toutefois, pendant des millénaires, seule une minuscule partie de celle-ci a été utilisée – la lumière dite « visible » c’est-à-dire détectable avec nos yeux. Mais la lumière s’étend en fait sur bien plus de « couleurs » que nos yeux peuvent percevoir : il y a notamment les rayons X et gamma qui forment le domaine des hautes énergies. Ces rayons apportent des informations inédites sur notre univers, car eux seuls sont capables de dévoiler la matière cosmique portée à des millions de degrés. En d’autres termes, l’astrophysique des hautes énergies déniche les cataclysmes célestes en tout genre, des plus petits (éruptions stellaires) aux plus impressionnants (explosion d’étoiles ou matière déchirée par les trous noirs supermassifs).</p>
<p>Toutefois, capter cette lumière-là n’est vraiment pas une mince affaire ! Il faut tout d’abord placer l’observatoire dans l’espace car l’atmosphère arrête ces rayonnements. Ensuite, il faut se munir de détecteurs et télescopes particuliers. En effet, la lumière de haute énergie traverse facilement la matière, et notamment les miroirs habituels des télescopes. Pour concentrer les rayons X, il faut les faire « ricocher » un peu comme un caillou sur un lac : cette trajectoire rasante fait que le miroir se trouve quasiment dans la direction de propagation de la lumière, ce qui donne aux télescopes X une forme un peu étrange, similaire à un tonneau.</p>
<p>Autre particularité des hautes énergies : alors qu’en lumière visible, chaque observation combine des milliers de photons en une fois, ici on enregistre un photon à la fois ! L’enregistrement simultané de la position, de l’énergie, et du temps d’arrivée d’un seul grain de lumière permet en fait d’obtenir plusieurs informations en même temps. Selon son intérêt, le chercheur peut ainsi construire des images montrant où se trouvent les sources chaudes, voir si le flux lumineux d’un objet varie au cours du temps, ou examiner comment la lumière d’un émetteur se distribue au fil des énergies (un « arc-en-ciel » appelé spectre).</p>
<p>Les informations les plus intéressantes se retrouvent généralement dans ce spectre. Et plus il est détaillé, plus la quantité d’informations est importante. Ce souci du détail peut être quantifié par un paramètre appelé résolution spectrale. En utilisant de simples détecteurs CCD (comme ceux présents dans les smartphones) pour prendre des photos, la résolution est de quelques dizaines. Avec des systèmes optiques appelés réseaux, on atteint une résolution de quelques centaines. Tout cela n’est pas énorme et les spectres en rayons X restent donc très peu détaillés. En comparaison, les spectromètres optiques haute résolution peuvent atteindre une résolution de 100 000, et il n’est pas rare de voir des astronomes amateurs fournissant des spectres avec des résolutions de 10 000… Mais une révolution s’amorce depuis le Japon, grâce à des calorimètres…</p>
<p>L’idée de départ est très simple : dans ces instruments, le détecteur absorbe un rayon X et l’énergie de ce dernier provoque un léger échauffement qui est mesuré par un thermomètre. Évidemment, en pratique, les choses s’avèrent moins faciles. Ainsi, l’échauffement est minuscule : un millième de degré pour un photon X associé à la principale raie du fer. Pour pouvoir mesurer une telle valeur, le détecteur est refroidi jusqu’à 0,05 degrés au-dessus du zéro absolu, ce qui est un sacré défi. Par contre, ces calorimètres présentent un avantage : une résolution dépassant le millier, en particulier à des énergies assez élevées, soit là où l’on trouve la signature des processus les plus énergétiques…</p>
<h2>Radiographie céleste à la japonaise</h2>
<p>Le Japon possède une expertise reconnue en matière d’astrophysique de hautes énergies. Jugez-en plutôt : Hakucho (1979), Tenma (1983), Ginga (1987), Asca (1993) et Suzaku (2005) – une liste à laquelle il faut ajouter les observatoires X du Soleil, Taiyo (1975), Hinotori (1981) et Yohkoh (1991) ! Aucun pays ne compte autant de missions en rayons X… « Cette tradition particulière provient très probablement de la présence de nombreux chercheurs en physique des particules dans le pays – après tout, les détecteurs sont similaires dans les deux domaines… Intrigués par l’expérience de Giacconi, certains physiciens se sont alors lancés en astrophysique. Un système de mentorat très développé a permis un effet d’entraînement, qui a créé tout un écosystème de chercheurs en pointe dans le domaine X. » m’expliquait le Dr Tsujimoto, un chercheur de la JAXA associé à XRISM.</p>
<p>Pour continuer sur leur lancée, les chercheurs japonais se sont évidemment intéressés aux calorimètres. Ils ont ainsi monté une mission spécifique, avec des contributions américaine et européenne. Hélas, cette mission, baptisée Astro-E, a été perdue lors de son lancement en 2000. Qu’à cela ne tienne, une copie a été envoyée cinq ans plus tard, Astro-E2, plus connue sous le nom de Suzaku. Son calorimètre s’est bien refroidi, mais le réservoir d’hélium liquide s’est complètement vidé en un mois seulement : la mission a continué avec les autres instruments, mais le calorimètre n’a pas pu être testé. Décidément têtus – mais surtout bien conscients de la promesse de ces détecteurs de nouvelle génération, les Japonais ont ensuite construit Astro-H, rebaptisé Hitomi, en 2016. Là encore, la malchance était au rendez-vous : un mois après le lancement, un incident technique a accéléré la rotation du satellite au point qu’il s’est disloqué.</p>
<p>Mais ce mois n’a pas été perdu. Alors que la porte de l’instrument restait fermée, car le satellite dégazait encore, les concepteurs avaient quand même allumé les détecteurs : ils ont commencé à observer. Évidemment, seuls les rayons X de plus haute énergie ont réussi à traverser la porte. Pourtant, même fortement atténuée et limitée à une petite zone, la lumière X enregistrée par Hitomi a ébloui les astronomes. Ainsi, deux jours et demi d’observation de l’amas de galaxies de Persée ont dévoilé un premier spectre X à haute résolution particulièrement étonnant. Dans cet amas, un trou noir supermassif crée des « bulles » : toute son activité remue fortement le gaz dans cette zone. On s’attendait alors à observer une turbulence assez importante, donc des raies X plutôt larges, mais Hitomi a montré le contraire. En soi, c’est une bonne nouvelle, car cela implique que les estimations de masse basées sur les données à haute énergie, et les paramètres cosmologiques qu’on en déduit, ne nécessitent pas de correction. Mais il reste à comprendre la raison de cette turbulence réduite – une difficulté d’apparition ou une naissance suivie d’amortissement rapide ?</p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/536866/original/file-20230711-21-ab15u.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/536866/original/file-20230711-21-ab15u.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=345&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/536866/original/file-20230711-21-ab15u.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=345&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/536866/original/file-20230711-21-ab15u.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=345&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/536866/original/file-20230711-21-ab15u.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=434&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/536866/original/file-20230711-21-ab15u.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=434&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/536866/original/file-20230711-21-ab15u.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=434&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">L'amas de galaxies de Persée (inset), situé à 240 millions d'années-lumière, contient des milliers de galaxies ainsi que du gaz chaud présentant notamment des structures soufflées par les jets du trou noir supermassif situé au coeur de la galaxie centrale, NGC1275. Le télescope Hitomi a mesuré précisément la distribution de l'énergie lumineuse (un spectre) dans le domaine des rayons X, montrant des détails trente fois plus fins que les observations précédentes. Cela a permis de dévoiler les signatures de divers métaux (fer, nickel, chrome, manganèse) en détail. La finesse de ces signatures a surpris les astronomes, qui s'attendaient plutôt à trouver des signatures larges dues à une grande turbulence dans l'amas.</span>
<span class="attribution"><span class="source">JAXA</span></span>
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<p>Hitomi a aussi observé la nébuleuse du Crabe, N132D et G21.5-0.9, trois nébuleuses extra-chaudes résultant d’une explosion de supernova. Les données de haute qualité ont permis de mieux comprendre le déroulé des événements, et la dynamique actuelle. Par exemple, le spectre observé par Hitomi indique que l’explosion de 1054 ayant donné naissance à la nébuleuse du crabe était une supernova très particulière, dite « à capture d’électrons », un chaînon manquant entre les deux types de supernovae jusqu’ici connus.</p>
<h2>XRISM, étape cruciale</h2>
<p>Malgré sa vie trop brève, Hitomi a montré que les calorimètres tiennent leurs promesses – et même dépassent les espérances de leurs concepteurs : pas question d’abandonner, donc. « L’équipe autour de ce projet est toujours restée unie, quels que soient les revers. La communauté des astronomes X nous soutient aussi car tout le monde sait que les calorimètres sont l’instrument du futur dans ce domaine. Et puis, la mentalité japonaise a peut-être aussi joué : devant les désastres naturels, si réguliers, nous acceptons le coup du sort et puis nous nous remettons au travail. Relancer un calorimètre était donc une évidence. » m’a expliqué le Dr Tsujimoto.</p>
<p>C’est ainsi qu’entre en piste XRISM – X-ray Imaging and Spectroscopy Mission. Lancé cette année, ce nouvel observatoire en rayons X comporte deux instruments, dont évidemment un nouveau calorimètre, baptisé Resolve.</p>
<p>Cette fois, les astronomes veulent aller au-delà du petit aperçu offert par Hitomi – un apéritif qui n’a fait qu’aiguiser leurs appétits. Les programmes d’observation sont déjà sur les starting-blocks. Certains veulent suivre en détail les propriétés de la matière qui va plonger vers un trou noir, qu’il soit petit ou grand, ainsi que celle violemment éjectée aux abords de ces ogres cosmiques. D’autres veulent préciser ce qui se passe pendant et après les explosions de supernova, en analysant les abondances de divers éléments ou en suivant les chocs capables d’accélérer les rayons cosmiques. D’aucuns cherchent plutôt à comprendre les mécanismes liés aux éruptions stellaires, ou comment de la matière hyper chaude naît à proximité d’étoiles « normales »… Soixante ans après les débuts de l’astronomie en rayons X, une nouvelle révolution s’amorce donc, et les surprises seront certainement nombreuses.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/208120/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Yaël Nazé travaille en astrophysique des rayons X et collaborera dans le futur avec des chercheurs japonais du même domaine.</span></em></p>La mission XRISM de l'agence spatiale japonaise doit observer les rayons X émis par des sources cosmiques - et pour la première fois, déceler les différentes « couleurs » de ces rayons.Yaël Nazé, Astronome FNRS à l'Institut d'astrophysique et de géophysique, Université de LiègeLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/2073312023-06-26T17:22:23Z2023-06-26T17:22:23ZLes premiers clichés de la mission Euclid, partie à la découverte de l’univers sombre<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/558054/original/file-20231107-17-x9hkai.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&rect=14%2C1489%2C4985%2C3502&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Euclid nous apporte des images d'une grande netteté sur de larges portions du ciel. Ici, la nébuleuse dite de la tête de cheval.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://photolibrary.esa.int/asset/?uuid=c85b232c-550a-53df-b45c-6b2e4b950000">ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, données calculées par J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi </a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>On <a href="https://theconversation.com/comment-sait-on-que-lunivers-est-en-expansion-185786">sait que l’univers est en expansion</a>, c’est-à-dire qu’il s’étire, chaque astre s’éloignant des autres. Mais on ignore encore pourquoi, et aussi pourquoi cette expansion accélère sous l’effet d’une <a href="https://theconversation.com/de-lorigine-de-lunivers-a-lenergie-noire-conversation-avec-francoise-combes-medaille-dor-cnrs-2020-146123">mystérieuse énergie sombre</a>. Dans cet univers en expansion, comment se forment et évoluent les grandes structures sous l’influence de la gravitation ?</p>
<p>Pourquoi la gravitation générée par la matière composant gaz et galaxies de ces structures ne suffit-elle pas ? Existe-t-il une matière invisible à nos yeux, à nos instruments, une matière sombre ?</p>
<p>C’est ce que tentera de mettre en évidence <a href="https://euclid.cnes.fr/fr">Euclid, une mission inédite de l’Agence spatiale européenne</a> (ESA), qui a quitté la Terre le 1<sup>e</sup> juillet 2023 et vient de livrer ses premiers clichés, démontrant une netteté sur une importante portion du ciel. La mission Euclid regroupe un consortium de plus de 1 600 personnes, dont 350 en France, réparties dans 250 laboratoires de dix-sept pays.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/530814/original/file-20230608-28-68sruc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=34%2C17%2C3799%2C2138&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="le satellite euclid dans l'espace, avec la terre et le soleil" src="https://images.theconversation.com/files/530814/original/file-20230608-28-68sruc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=34%2C17%2C3799%2C2138&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/530814/original/file-20230608-28-68sruc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=338&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/530814/original/file-20230608-28-68sruc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=338&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/530814/original/file-20230608-28-68sruc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=338&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/530814/original/file-20230608-28-68sruc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/530814/original/file-20230608-28-68sruc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/530814/original/file-20230608-28-68sruc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Euclid séjourne dans l’espace à côté du télescope spatial James-Webb et de la sonde Gaia, au point de Lagrange 2, qui permet d’être relativement abrité des rayonnements du Soleil.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2023/05/Euclid_on_its_way_to_L2">ESA. Acknowledgement: Work performed by ATG under contract for ESA</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>Remonter le temps pour comprendre l’expansion de l’Univers</h2>
<p>Euclid va imager des milliards de galaxies, images qui voyagent à la vitesse de la lumière. Les galaxies seront vues telles qu’elles étaient au moment où leur lumière a été émise, c’est-à-dire dans le passé : plus elles sont éloignées, plus l’image reçue est ancienne. L’expansion, l’allongement de la trame de l’univers provoque également un étirement des spectres de lumière vers les grandes longueurs d’onde, et pour la lumière visible vers le rouge, voire l’infrarouge.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/558055/original/file-20231107-25-tk9qiz.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="la galaxie NGC 6822" src="https://images.theconversation.com/files/558055/original/file-20231107-25-tk9qiz.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/558055/original/file-20231107-25-tk9qiz.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/558055/original/file-20231107-25-tk9qiz.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/558055/original/file-20231107-25-tk9qiz.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/558055/original/file-20231107-25-tk9qiz.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/558055/original/file-20231107-25-tk9qiz.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/558055/original/file-20231107-25-tk9qiz.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">La mission Euclid va créer une carte 3D de l'univers en imageant des galaxies à des distances pouvant atteindre jusqu'à 10 milliards d'années-lumière. Dans le passé, l'univers accueillait des galaxies irrégulières plutôt qu'en spirale comme notre galaxie. Ici, on voit une galaxie irrégulière photographiée par Euclid, appelée NGC 6822. Il est plutôt proche de nous, dans notre amas local de galaxie… à juste 1,6 million d'année-lumière.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://photolibrary.esa.int/asset/?uuid=437b2ad7-879b-581c-a4f0-697fc2350000">ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image calculée par J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Ce « décalage vers le rouge » permet de déterminer la distance à laquelle se trouve la source et donc indirectement de situer l’époque à laquelle la lumière a été émise (en utilisant par exemple le <a href="https://irfu.cea.fr/dphp/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=430&id_unit=8">« diagramme de Hubble »</a>). Euclid déterminera donc les décalages vers le rouge des galaxies qu’il imagera, pour reconstruire l’évolution de notre univers au cours des dix derniers milliards d’années.</p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/lunivers-est-il-infini-197966">L’Univers est-il infini ?</a>
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<p>Ainsi, en observant la distribution des galaxies formant les grandes structures de l’univers à différentes époques, Euclid nous aidera à comprendre pourquoi la trame de l’univers est en expansion (et donc pourquoi les objets célestes s’éloignent les uns des autres), mais aussi pourquoi cette expansion accélère sous l’effet d’une mystérieuse « énergie sombre ».</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/530815/original/file-20230608-29-dukj2z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="carte des filaments de la toile cosmique" src="https://images.theconversation.com/files/530815/original/file-20230608-29-dukj2z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/530815/original/file-20230608-29-dukj2z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=597&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/530815/original/file-20230608-29-dukj2z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=597&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/530815/original/file-20230608-29-dukj2z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=597&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/530815/original/file-20230608-29-dukj2z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=750&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/530815/original/file-20230608-29-dukj2z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=750&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/530815/original/file-20230608-29-dukj2z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=750&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Les amas de galaxies se regroupent en filaments que l'on appelle «toile cosmique». Ici ces grandes structures sont imagées à partir du relevé astronomique SDSS (Sloan Digital Sky Survey).</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="http://classic.sdss.org/includes/sideimages/sdss_pie2.html">M. Blanton and the Sloan Digital Sky Survey</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>Peut-on voir la matière noire ?</h2>
<p>Euclid va aussi nous permettre d’aborder le deuxième grand mystère cosmologique, celui de la « matière noire ». Cette matière inhabituelle est introduite dans les théories astrophysiques pour rendre compte de différentes observations (masses des galaxies et amas de galaxies, fluctuations du fond diffus cosmologique). En d’autres termes, sans matière noire, on n’arrive pas à prédire ce que l’on voit, même avec les théories les plus sophistiquées dont nous disposions sur l’Univers.</p>
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<p>Mais la caractéristique principale de la matière noire est qu’elle interagit très peu avec la matière et la lumière (d’où son nom) : comment, dans ces conditions, peut-on espérer la détecter ? Euclid propose de <a href="https://theconversation.com/comment-la-mission-euclid-imagera-le-cote-obscur-de-lunivers-147791">détecter et localiser la matière sombre de manière indirecte en étudiant son effet gravitationnel sur l’image des galaxies</a>. Pour ce faire, Euclid utilisera le phénomène lentilles gravitationnelles qui « courbent » les rayons lumineux passant dans un champ de gravitation, et ainsi déforment l’image des galaxies le traversant. C’est en étudiant ces déformations d’image qu’il sera possible de reconstituer la matière sombre présente.</p>
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<iframe width="440" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/A02q8W1vijY?wmode=transparent&start=0" frameborder="0" allowfullscreen=""></iframe>
<figcaption><span class="caption">Le segment sol Euclid, Le lentillage gravitationnel faible #13 ; Source : Euclid-France.</span></figcaption>
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<p>Ainsi, Euclid nous permettra de cartographier la non moins mystérieuse « matière sombre » qui participe, avec la matière visible des étoiles et des nébuleuses, aux effets de gravitation qui lient entre elles les étoiles au sein des galaxies et les galaxies au sein des amas.</p>
<p>Euclid observera depuis l’espace pour éviter de regarder à travers l’atmosphère terrestre. En effet, celle-ci est turbulente, ce qui trouble les images et affecte leur résolution ; et le rayonnement infrarouge est très absorbé par les molécules d’eau et de gaz carbonique principalement présentes dans l’atmosphère, ce qui limite fortement la possibilité de réaliser des images et des spectres dans ce domaine de longueurs d’onde. Il imagera tout ce qu’il est possible de voir au-delà de la Voie lactée, soit environ un tiers de la voûte céleste, le reste étant occulté par le plan galactique (disque dans lequel tournent les étoiles de notre galaxie) et par le plan de l’écliptique (disque dans lequel tournent les planètes de notre système solaire).</p>
<h2>Le télescope et ses instruments</h2>
<p>Le satellite est équipé d’un télescope de type Korsch à 3 miroirs qui offre un grand champ de vue, équivalent à deux fois et demi la surface du disque lunaire. Il a été réalisé par Airbus Defence and Space à Toulouse, entièrement en carbure de silicium (SiC), un matériau très stable en termes de dilatation et de distorsion thermique. Il est maintenu à une température de -140 °C et intègre deux instruments, le NISP et le VIS.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="le satellite dans une chambre spéciale" src="https://images.theconversation.com/files/530816/original/file-20230608-22-zldwku.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/530816/original/file-20230608-22-zldwku.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/530816/original/file-20230608-22-zldwku.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/530816/original/file-20230608-22-zldwku.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/530816/original/file-20230608-22-zldwku.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/530816/original/file-20230608-22-zldwku.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/530816/original/file-20230608-22-zldwku.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Le satellite Euclid après ses tests réussis, pour s’assurer qu’il ne souffre pas d’interférences électromagnétiques à cause de ses propres instruments. Les tests sont réalisés dans une chambre isolée spécialement, à Thales Alenia Space, à Cannes.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Missions/Euclid/%28sortBy%29/view_count/%28result_type%29/images">ESA-Manuel Pedoussaut</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span>
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<p>Le NISP (pour <em>near infrared spectro photometer</em>) est un spectro-photomètre infrarouge réalisant en même temps les images des galaxies tout en dispersant leur lumière pour réaliser des spectres. Son grand plan focal de 66 millions de pixels, travaillant dans le proche infrarouge (0,9 à 2 micromètres) et refroidi à -180 °C, offre le plus grand champ de vue infrarouge jamais réalisé pour une mission spatiale. La partie opto-mécanique de l’instrument est également réalisée en SiC. Le NISP est de responsabilité française, réalisé sous la maîtrise d’œuvre du <a href="https://www.lam.fr/projets/euclid-nisp/">Laboratoire d’astrophysique de Marseille</a>.</p>
<p>Pour suivre l’évolution des structures à différentes époques, les distances seront déterminées par la « méthode des BAO » (<a href="https://www.sab-astro.fr/forumsab-astro/viewtopic.php?t=14681">oscillations acoustiques de baryons</a>), une méthode permettant d’obtenir une règle standard, un étalon dimensionnel pour mesurer des distances. L’objectif est de traiter 35 millions de galaxies.</p>
<p>Le VIS (<em>visible instrument</em>) est une caméra réalisant des images dans les longueurs d’onde visibles (0,55 à 0,9 micromètre), de responsabilité anglaise, sur laquelle sont présentes 3 contributions françaises, en particulier son immense plan focal totalisant environ 600 millions de pixels (équivalent à 300 téléviseurs HD), le deuxième plus grand jamais réalisé pour une mission spatiale après Gaia, permettant sur une même image de visualiser et de caractériser 50 000 galaxies.</p>
<p>Il est également réalisé en SiC et maintenu à une température de -120 °C. La <a href="https://theconversation.com/comment-la-mission-euclid-imagera-le-cote-obscur-de-lunivers-147791">déformation de certaines images de galaxies sous l’effet de lentilles gravitationnelles faibles</a> induite par les effets de gravitation dus à la présence de matière entre ces galaxies et le télescope permettra de mettre en évidence et de localiser la matière sombre. L’objectif est de traiter un milliard et demi de galaxies.</p>
<p>Les distances seront déterminées en mesurant le « décalage vers le rouge » de chaque source observée par des <a href="https://media4.obspm.fr/public/ressources_lu/pages_univers-lointain/redshift.html">méthodes spectrométriques</a> (instrument NISP) et <a href="https://www.youtube.com/watch?v=7cT3u5coRPg">photométriques</a> (instrument VIS) issues de mesures de luminosité réalisées à bord et complémentées par l’assistance de télescopes au sol.</p>
<p>Les deux instruments génèreront chaque jour environ 850 Gb de données à transmettre sur Terre. Le satellite intègre une mémoire de masse de 4Tbit stockant données scientifiques et données de télémétrie liées au fonctionnement des instruments. Il envoie chaque jour pendant quatre heures ces données vers la station sol de Cebreros en Espagne qui ensuite les transmet vers le Centre d’Opérations Mission situé au Centre ESOC de l’ESA à Darmstadt en Allemagne.</p>
<p>Cumulé sur les six ans de mission, le volume de donnée à traiter est impressionnant, de l’ordre de 170 millions de gigaoctets. Cela représente plusieurs centaines de milliers de disques durs d’ordinateurs personnels. Le traitement sera réalisé dans neuf centres de traitement, <a href="https://euclid-france.fr/segment-sol-2/">huit en Europe et un aux États-Unis</a>. Pour la France, le <a href="https://cc.in2p3.fr/">centre de calcul de l’Institut national de physique nucléaire et de physique des particules, à Villeurbanne</a> réalisera à lui seul le traitement de 30 % des données.</p>
<hr>
<p><em>Les laboratoires français impliqués dans le développement d’Euclid sont le <a href="https://www.cppm.in2p3.fr/renoir/euclid_science.php">Centre de Physique des Particules de Marseille</a>, l’<a href="https://www.ip2i.in2p3.fr/equipes/cosmologie/?cn-reloaded=1">Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon</a>, le <a href="https://apc.u-paris.fr/APC_CS/fr/euclid-0">Laboratoire AstroParticules et Cosmologie</a>, le <a href="https://lpsc.in2p3.fr/index.php/fr/services/sdi/nos-realisations/66666883-sdi-euclid">Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie</a>, l’<a href="https://www.ias.u-psud.fr/fr/content/euclid">Institut d’Astrophysique Spatiale</a>, l’<a href="https://www.iap.fr/recherche/projets/projets-1.php?nom=euclid">Institut d'Astrophysique de Paris</a>, l’<a href="https://www.irap.omp.eu/sno/euclid/">Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie</a>, le <a href="https://lagrange.oca.eu/fr/recherche/actualites-scientifiques/toutes-les-actualites/66-euclid-a-l-assaut-de-la-face-sombre-de-l-univers?highlight=WyJldWNsaWQiXQ==">Laboratoire Joseph-Louis Lagrange</a>, le <a href="https://fr.u-paris.fr/laboratoires/astrophysique-instrumentation-modelisation">Laboratoire Astrophysique Instrumentation et Modélisation</a>, le <a href="https://physique.u-paris.fr/recherche/unites-de-recherche-physique/lerma">Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique</a>, le <a href="https://www.lam.fr/projets/euclid-nisp/">Laboratoire d’Astrophysique de Marseille</a>, l’<a href="https://irfu.cea.fr/dap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=3101">Institut de Recherche sur les lois fondamentales de l’Univers</a> et le <a href="https://cc.in2p3.fr/">Centre de Calcul de l'Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules</a>.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/207331/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>André Debus ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Le nouvel observatoire Euclid, lancé ce 1ᵉ juillet, va étudier la matière sombre et l’énergie noire, pour tenter de comprendre l’expansion de l’univers.André Debus, Chef de projet des contributions françaises à EUCLID, Centre national d’études spatiales (CNES)Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/2044702023-05-01T17:15:22Z2023-05-01T17:15:22ZPourquoi la nuit est-elle noire ? On se pose la question depuis 200 ans<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/523320/original/file-20230427-14-baf2hy.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Une nuit étoilée défile sous nos yeux... Cependant le fond de ciel est bel et bien noir. Ou l'est-il vraiment ?</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://pxhere.com/fr/photo/712354">pxhere.com</a></span></figcaption></figure><p>Le jour se lève en ce 7 mai 1823. Du deuxième étage de sa maison, aménagé en observatoire amateur, <a href="https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-1-4419-9917-7_1031https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-1-4419-9917-7_1031">Heinrich Olbers</a> met un point un final à l’article qui laissera son nom dans l’histoire. À 65 ans, il se consacre entièrement à ses passions nocturnes : les étoiles, la lune, les astéroïdes et les comètes. Cette nuit-là s’achève par un magnifique lever de soleil. Elle se solde aussi par la mise au jour d’un paradoxe. Ce paradoxe captivera des générations de chercheurs et de néophytes pendant des siècles.</p>
<p>Comme de nombreux savants depuis <a href="https://pubs.aip.org/physicstoday/article/39/2/24/404182/Newton-and-the-Infinite-UniverseNewton-said-that">Newton et Descartes</a>, Heinrich Olbers ne pouvait se satisfaire d’un univers fini. Dans un monde limité et statique, l’attraction gravitationnelle entre les étoiles les conduirait à se rapprocher, jusqu’à ce qu’elles se rencontrent au centre de l’univers.</p>
<p>Au contraire, si la matière s’étendait à l’infini, la masse des étoiles lointaines contrebalancerait l’attraction gravitationnelle des étoiles plus proches. Ainsi, la vision d’un univers éternel et illimité, partagée par Olbers et ses contemporains, suggérait que les cieux soient peuplés d’un nombre infini d’étoiles.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=405&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=405&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=405&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=508&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=508&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=508&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">De nombreuses étoiles et galaxies sur un fond obscur, telles qu’imagées par l’observatoire spatial JWST en 2023. Crédit : ESA/Webb, NASA & CSA, A. Martel.</span>
<span class="attribution"><span class="source">ESA/Webb, NASA & CSA, A. Martel</span></span>
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<p>Mais Heinrich Olbers s’est rendu compte que ce modèle du cosmos ne reflétait pas les observations. Si notre univers sans limites était peuplé d’un nombre infini d’étoiles, quelle que soit la direction vers laquelle nous dirigeons nos yeux ou nos télescopes, notre regard devrait intercepter la surface d’une étoile.</p>
<p>Dans <a href="https://www.abebooks.com/first-edition/Paradox-Olbers-Case-History-Scientific-Thought/30723776579/bd">son article</a> soumis le 7 mai 1823, le docteur soulève une grave question : le modèle cosmologique de l’époque devrait conduire à ce que chaque point du ciel soit aussi brillant que la surface du soleil. Il ne devrait pas y avoir de nuit. Chaque fois que nous regardons le ciel, nous devrions être aveuglés par la lumière d’un océan infini d’étoiles.</p>
<p>Ce paradoxe de la nuit noire s’expliquerait, selon Olbers, par l’absorption croissante de la lumière des étoiles de plus en plus lointaines. Cet argument sera plus tard réfuté par l’astronome John Herschel. Tout milieu absorbant emplissant continûment l’espace interstellaire finit par se réchauffer et par réémettre la lumière reçue. La communauté scientifique laissera l’énigme soulevée par Heinrich Olbers irrésolue jusqu’à son dernier souffle à l’âge de 81 ans, le 2 mars 1840.</p>
<h2>Quand un poète s’en mèle</h2>
<p>Nous voici 8 ans plus tard, de l’autre côté de l’océan Atlantique. Le 3 février 1848, ce n’est pas un scientifique, mais bien le poète Edgar Allan Poe qui s’apprête à discuter du paradoxe à la New York Society Library.</p>
<p>Poe est convaincu d’avoir résolu l’énigme popularisée par Olbers, comme il l’indique <a href="https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2011IAUS..260..315C/abstract">dans sa correspondance</a>. Seule une soixantaine de personnes est réunie à la New York Society Library pour la présentation de La Cosmogonie de l’Univers par Edgar Allan Poe. L’auditoire est familier des travaux du célèbre poète depuis la parution du Corbeau en 1845, mais, en ce 3 février, le public reste interdit face à un exposé qui oscille entre métaphysique et science.</p>
<p>Poe suggère, contrairement au philosophe Emmanuel Kant et au mathématicien Pierre-Simon Laplace, que l’univers ne s’est pas formé par la contraction d’une nébuleuse de gaz en rotation (la rotation pouvant contrebalancer l’attraction vers le centre). Au contraire, le cosmos aurait émergé d’un état unique de la matière (“Oneness”) qui s’est fragmenté et dont les débris se sont dispersés sous l’action d’une force répulsive.</p>
<p>L’univers se limiterait alors à une sphère finie de matière. Si l’univers fini est peuplé d’un nombre suffisamment faible d’étoiles, il n’y a pas de raison d’en trouver une dans chaque direction que nous observons. La nuit peut être noire.</p>
<p>Même si l’on suppose que l’étendue de la matière est infinie, le <a href="https://www.researchgate.net/publication/336792824_Lightspeed_The_Ghostly_Aether_and_the_Race_to_Measure_the_Speed_of_LightThe_Ghostly_Aether_and_the_Race_to_Measure_the_Speed_of_Light">temps mis par la lumière</a> pour parvenir jusqu’à nous depuis la création du cosmos limiterait le volume de l’univers observable. Ce temps de parcours constituerait un horizon au-delà duquel les étoiles distantes resteraient inaccessibles, même à nos télescopes les plus puissants. L’essai de Poe est publié la même année sous la forme du poème en prose Eureka. Peu diffusé, l’essai de Poe ne trouvera pas l’accueil grandiose que son auteur lui destinait. Edgar Allan Poe meurt un an plus tard, le 7 octobre 1849 à l’âge de 40 ans, sans savoir que ses intuitions mettraient plus d’un siècle à résoudre l’énigme scientifique du ciel nocturne.</p>
<h2>Vision contemporaine</h2>
<p>La seconde moitié du XIX<sup>e</sup> siècle passe, ainsi que la première moitié du 20<sup>e</sup>. L’entre-deux-guerres voit l’avènement de multiples théories du cosmos, fondées sur la relativité générale d’Einstein. Le domaine de la cosmologie, jusqu’alors largement laissé aux métaphysiciens et aux philosophes, commence à être mis à l’épreuve par les observations.</p>
<p>Selon le radioastronome Peter Scheuer, la cosmologie en 1963 ne repose cependant que sur “deux faits et demi”. Fait N°1, le ciel nocturne est noir, ce qu’on savait depuis un certain temps. Fait N°2, les galaxies s’éloignent les unes des autres comme le montrent les observations publiées par Hubble en 1929. Fait N°2.5, le contenu de l’univers évolue probablement au fil du temps cosmique.</p>
<p>De vives controverses sur l’interprétation des faits N°2 et N°2.5 agitent la communauté scientifique dans les années 1950 et 1960. Les partisans du modèle stationnaire de l’univers et les tenants du modèle du Big-Bang concèdent cependant tous devoir <a href="https://www.abebooks.com/first-edition/Cosmology-Cambridge-Monographs-Physics-H-Bondi/31102578219/bd">expliquer l’obscurité du ciel nocturne</a>.</p>
<p>Le physicien des hautes énergies Edward Harrison <a href="https://www.abebooks.com/first-edition/Cosmology-Cambridge-Monographs-Physics-H-Bondi/31102578219/bd">résout le conflit</a> entre les communautés en 1964. Depuis le laboratoire Rutherford des hautes énergies, dans la campagne londonienne, Harrison démontre que la brillance du ciel nocturne dépend peu des spécificités du modèle cosmologique par rapport à l’âge fini des étoiles. Le nombre d’étoiles dans l’univers observable est fini. Bien qu’elles soient nombreuses, les étoiles se sont formées en nombre limité à partir du gaz contenu dans les galaxies.</p>
<p>Ce nombre limité, combiné au volume gigantesque que couvre aujourd’hui la matière dans l’univers, laisse l’obscurité transparaître entre les étoiles. Au cours de sa carrière d’astronome et de cosmologue aux États-Unis, Edward Harrison se rendra compte que cette solution avait déjà été proposée par <a href="https://www.nature.com/articles/322417a0">Kelvin en 1901 et par Edgar Allan Poe</a> dans ses discussions métaphysiques.</p>
<p>Dans les années 1980, après avoir tordu le cou aux dernières théories stationnaires de l’univers et contrecarré les arguments fallacieux sur le paradoxe d’Olbers, les astronomes confirment la résolution proposée par Poe, Kelvin et Harrison. Certains, <a href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00227231">comme Paul Wesson</a>, formulent même le vœux que le paradoxe d’Olbers repose enfin en paix.</p>
<h2>Autre point de vue scientifique contemporain</h2>
<p>Vu sous un angle différent, le paradoxe d’Olbers trouve une formulation et une résolution complémentaires. Après la découverte de l’expansion de l’univers dans les années 1920, les scientifiques ont réalisé, non sans controverses et rectifications, que l’univers primitif était plus compact, plus dense et plus chaud : c’est le modèle du big bang chaud.</p>
<p>L’une des principales prédictions de ce modèle était l’existence d’une lumière fossile émise au cours des premières phases de l’évolution tumultueuse de l’univers. Cette lumière fossile devrait être observable aujourd’hui, non pas dans le domaine visible, mais décalée vers des longueurs d’onde plus grandes en raison de l’expansion.</p>
<p>Ce rayonnement a été découvert en 1964 et porte le nom de <a href="https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1965ApJ...142..419P/abstract">fond diffus cosmologique</a>. Aujourd’hui mesuré avec une <a href="https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2020/09/aa33880-18/aa33880-18.html">précision remarquable</a>, le fond diffus cosmologique est la première source de lumière dans l’univers, bien qu’il soit invisible à nos yeux.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="Planck’s view of the cosmic microwave background" src="https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Le fond cosmologique fossile observé par le satellite Planck. Dernière analyse de 2018.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Planck Collaboration/ESA</span></span>
</figcaption>
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<p>Nous savons aujourd’hui que le cosmos est également baigné d’un <a href="https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2006/20/aa4446-05/aa4446-05.html">second fond diffus</a>, beaucoup plus ténu, produit par les générations de galaxies au cours de leur formation et de leur évolution. Suivant la région du spectre où cette lumière est la plus intense, on parle de fond cosmique ultraviolet, optique et infrarouge. En considérant ces fonds diffus, nous pouvons également répondre que la <a href="https://www.lemonde.fr/idees/article/2012/06/25/non-la-nuit-n-est-pas-noire_1723675_3232.html">nuit n’est pas noire</a> et que le ciel luit du faible rayonnement relique de tout ce qui a été au cours de la durée de vie limitée de l’Univers.</p>
<h2>Bicentenaire et forêts</h2>
<p>Cette année, nous célébrons le bicentenaire de la publication du paradoxe d’Olbers, une étape marquante dans l’histoire de la cosmologie et dans la conception que l’humanité a du monde. L’obscurité du ciel nocturne confronte chacun et chacune d’entre nous à la finitude du nombre d’étoiles dans l’univers et à la notion que notre univers a eu un commencement.</p>
<p>Ce paradoxe peut toujours être un sujet de discussion avec vos amis. Vous pouvez suggérer la réflexion suivante. Imaginez-vous au milieu d’une forêt, très grande et très dense. Tournons sur nous-mêmes : quelle que soit la direction dans laquelle nous regardons, nous apercevons un tronc d’arbre. Mais alors, si les arbres sont les étoiles et si la forêt est l’univers, comment se fait-il que le ciel ne soit pas entièrement couvert d’étoiles ?</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Au milieu d’une forêt dense, des troncs d’arbres sont visibles dans chaque direction. Image tirée de pxhere.com.</span>
<span class="attribution"><span class="source">pxhere.com</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>De notre côté, nous nous efforçons de simuler la forêt avec des supercalculateurs et de compter les troncs d’arbres avec nos télescopes. Le paradoxe d’Olbers en 2023 (soit 200 ans après le 7 mai 1823) s’est transformé en un riche éventail de mesures de plus en plus précises de la luminosité du ciel nocturne, nous permettant de déterminer le nombre d’étoiles dans le ciel avec une <a href="https://arxiv.org/abs/2102.12323">précision de 5 %</a>. À partir de nos mesures, qui s’étendent désormais des rayons gamma aux ondes radio, nous pouvons reconstituer la chronologie de l’univers. Néanmoins, des énigmes subsistent. Des mesures récentes effectuées par une sonde spatiale profonde, au-delà de l’orbite de Pluton et de la poussière du système solaire, révèlent un ciel <a href="https://arxiv.org/abs/2202.04273">deux fois plus lumineux</a> que ce que nous aurions pu prédire à partir des seules étoiles.</p>
<p>La question de l’obscurité du ciel reste donc bel et bien posée aujourd’hui ! Des questions comme celle-ci traversent les âges et les cultures. Les développements métaphysiques, philosophiques, mathématiques et observationnels des deux derniers siècles ont montré que notre sommeil nocturne repose sur la finitude des ressources nécessaires à la production de lumière dans le cosmos. Nous dormirons d’autant mieux en acceptant que cette finitude s’applique également aux ressources de notre environnement proche.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/204470/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Juan Garcia-Bellido a reçu des financements de MICINN (Espagne). </span></em></p><p class="fine-print"><em><span>David Valls-Gabaud, Hervé Dole, Jonathan Biteau, José Fonseca et Simon Driver ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur poste universitaire.</span></em></p>Découvrez le paradoxe d’Olbers : si notre univers est infini alors il devrait y avoir une infinité d’étoiles, donc la nuit, le ciel devrait être brillant.Jonathan Biteau, Maître de conférence en physique des astroparticules, Université Paris-SaclayDavid Valls-Gabaud, Astrophysicien, Directeur de recherches au CNRS, Observatoire de ParisHervé Dole, Astrophysicien, Professeur, Vice-président, art, culture, science et société, Université Paris-SaclayJosé Fonseca, Assistant Research, Universidade do PortoJuan Garcia-Bellido, Catedratico de Fisica Teórica, Universidad Autónoma de MadridSimon Driver, ARC Laureate Fellow and Winthrop Research Professor at the International Centre for Radio Astronomy Research, UWA., The University of Western AustraliaLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/2034372023-04-25T22:52:54Z2023-04-25T22:52:54ZL’ouragan hexagonal de Saturne, véritable casse-tête pour les physiciens<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/519812/original/file-20230406-24-fe3gmk.png?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C2%2C1919%2C1045&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Pourquoi n'y a-t-il d'ouragan hexagonal que sur Saturne (à notre connaissance) ?</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.jpl.nasa.gov/images/pia17652-in-full-view-saturns-streaming-hexagon">NASA/JPL-Caltech/SSI/Hampton University</a></span></figcaption></figure><p>Saturne fait partie des planètes gazeuses <a href="https://theconversation.com/nina-est-ce-que-lon-peut-vivre-sur-saturne-172925">parcourues par de fortes tempêtes</a>. Parmi ces tempêtes, « l’hexagone de Saturne » est un motif nuageux hexagonal qui tourne en permanence au-dessus du pôle Nord de la planète Saturne. Les côtés parfaitement rectilignes de l’hexagone mesurent environ 13 800 kilomètres… L’Hexagone est donc un <a href="https://theconversation.com/lire-les-secrets-des-ouragans-depuis-le-ciel-170044">ouragan</a> d’environ 32000 kilomètres de large. Pour comparaison, le diamètre de la Terre n’est « que » de 12 742 kilomètres.</p>
<p>Ce cyclone exceptionnel évolue peu en termes de physionomie dans le temps et dans l’espace et ressemble toujours à un hexagone, contrairement aux autres nuages de l’atmosphère visible qui, eux, changent d’organisation spatiale en permanence.</p>
<p>L’Hexagone de Saturne a d’abord été découvert par les deux sondes du programme Voyager en 1981-1982, mais les photos n’étaient pas de très bonne qualité. Il a été <a href="https://cassini-huygens.cnes.fr/fr/le-complexe-hexagone-au-pole-nord-de-saturne">étudié à nouveau par la mission Cassini-Huygens en 2006</a>.</p>
<p>Comme sur Terre, les pôles font face au soleil à certaines saisons seulement (en été pour le pôle Nord par exemple) ; le reste du temps, ils sont plongés dans l’obscurité… d’autant que, sur Saturne, une saison dure à peu près sept ans. Ainsi, Cassini n’a pu prendre que des photos dans l’infrarouge jusqu’en janvier 2009. Quand l’hexagone a fait face au Soleil, il est devenu observable en lumière visible, ce qui a permis de réaliser une <a href="https://www.youtube.com/watch?v=BBQ_rnkqtpk">vidéo du cyclone</a> et aussi de compléter les informations qui nourrissent le travail des astrophysiciens, avec des spectres optiques <a href="https://www.youtube.com/watch?v=S0ni5gNA_-I">plus complets, dans le visible et l’infrarouge</a>.</p>
<h2>Pourquoi le seul ouragan en forme d’hexagone est-il sur Saturne et pas ailleurs ?</h2>
<p>Tout comme Jupiter et sa tache rouge, Saturne représente pour les chercheurs un <a href="https://theconversation.com/un-bain-bouillonnant-pour-recreer-jupiter-en-laboratoire-141407">laboratoire géant de mécanique des fluides astrophysiques</a>.</p>
<p>En effet, cet hexagone si particulier doit malgré tout obéir aux lois de la physique. De manière générale, une observation astronomique doit être comprise et expliquée sous l’angle de la physique par le biais d’un modèle (fait d’équations ou d’expériences) pour comprendre les phénomènes mis en jeu. Les instruments d’observation en astronomie donnent aujourd’hui accès à des phénomènes complexes (comme notre hexagone), et pour les comprendre nous avons besoin de modèles qui tiennent compte de la nature des corps célestes et de la façon dont ils évoluent. Ceux-ci étant souvent gazeux, on parle de « mécanique des fluides ».</p>
<p>Le développement récent de la mécanique des fluides astrophysiques est essentiellement lié à celui de la simulation numérique, qui permet d’explorer des situations jamais observées en laboratoire ou dans l’espace : par exemple, quelles conditions sont nécessaires pour observer un cyclone hexagonal ? Comment le cyclone réagirait-il si la direction du vent change ?</p>
<p>De nombreux travaux sur le sujet de l’hexagone saturnien ont vu le jour. On peut signaler des <a href="https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2000317117">approches de type simulations numériques</a> et même <a href="https://reader.elsevier.com/reader/sd/pii/S0019103509004382">expérimentale</a>.</p>
<p>Un des scénarios proposés est le suivant : Saturne, comme Jupiter, est une planète gazeuse et son atmosphère instable est en permanence confrontée à des écoulements complexes assimilables à des tempêtes, des jets, des courants et des tourbillons, et ce, peu importe l’altitude. Et, justement, les <a href="https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2000317117">écoulements atmosphériques de basse altitude peuvent créer des tourbillons de différentes tailles</a>. Ici, ces écoulements entoureraient un courant horizontal plus large qui souffle vers l’est autour du pôle nord de Saturne, et qui se compose lui-même de plusieurs tempêtes plus modestes en taille. Toutes ces petites tempêtes confinent le courant du côté du pôle et déforment certains jets en hexagone. Cette idée a donc été transformée en modèle physique, puis simulée – mais les simulations ont formé une géométrie à neuf côtés, au lieu des 6 observés. En revanche, la stabilité de cette géométrie prouve que le mécanisme envisagé, sans donner le résultat observé, n’est pas forcément défaillant.</p>
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<p>Une autre hypothèse est que les <a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103509004382">formes hexagonales se développent là où il existe une très forte variation de la vitesse des vents atmosphériques</a> à certaines latitudes dans l’atmosphère de Saturne. Des formes régulières similaires ont pu être créées en laboratoire en mettant en rotation un fluide dans un réservoir circulaire à des vitesses différentes au centre et en périphérie. La forme la plus commune était à six faces (hexagonale donc), et des formes de trois à huit côtés ont également été produites.</p>
<p>Cependant, ces reproductions en laboratoire sont « incomplètes ». En effet, elles comportent des vortex stabilisant les bords des hexagones alors que <a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103509004382">celui de Saturne est bel et bien indépendant de tout vortex stabilisateur</a>.</p>
<p>Les mystères qui produisent l’hexagone de Saturne sont encore loin d’être dévoilés… d’autant qu’en 2018, une <a href="https://www.nature.com/articles/s41467-018-06017-3">structure similaire a été observée à 300 kilomètres au sud du pôle Nord</a> ! Ce défi de taille semble destiné à aiguiser la créativité des chercheurs en dynamique des fluides astrophysiques pendant encore longtemps.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/203437/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Waleed Mouhali ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Le pôle nord de Saturne est envoûtant, avec un ouragan hexagonal qui tourne doucement. Plongée en astrophysique des fluides.Waleed Mouhali, Enseignant-chercheur en Physique, ECE ParisLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/2001262023-04-17T15:54:45Z2023-04-17T15:54:45ZObservez la mort d’une étoile<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/516688/original/file-20230321-2076-grxyhx.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=1%2C3%2C1272%2C584&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">La fin de vie spectaculaire de cette étoile atteint des proportions cosmiques: la nébuleuse fait environ 1,4 année-lumière de diamètre, soit 600 fois la distance qui nous sépare de la sonde Voyager 1 — l’objet le plus lointain de la Terre jamais envoyé par l’Homme. Ici, elle est imagée par les instruments du télescope spatial James-Webb.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.nasa.gov/image-feature/goddard/2022/nasa-s-webb-captures-dying-star-s-final-performance-in-fine-detail">NASA</a></span></figcaption></figure><p>Deux caméras infrarouges embarquées par le <a href="https://theconversation.com/le-telescope-james-webb-explique-par-ceux-qui-lont-fait-171017">télescope spatial James-Webb</a> ont capturé des images spectaculaires de la « Nébuleuse de l’anneau austral », aussi appelée NGC 3132, située à environ 2500 années-lumière de la Terre, soit 24 billiards de kilomètres (soit 24, suivi de 15 zéros). Cette « nébuleuse planétaire » est formée de gaz expulsé – c’est une étoile en fin de vie.</p>
<p>Jusqu’à présent, on pensait que deux étoiles seulement façonnaient les nuages de gaz environnants. Mais aujourd’hui, grâce au télescope spatial James-Webb, on observe en détail les résidus de la mort désordonnée d’une étoile <a href="https://www.nature.com/articles/s41550-022-01845-2">au sein d’un système de quatre ou de cinq étoiles</a>. Ceci nous permet de mieux comprendre les systèmes constitués de plusieurs étoiles (qui peuvent notamment produire des <a href="https://theconversation.com/ondes-gravitationnelles-cinq-ans-apres-leur-detection-des-outils-toujours-plus-performants-171077">ondes gravitationnelles</a> lors d’événements cataclysmiques), mais aussi de mieux appréhender comment ce type d’étoiles meurt, un phénomène qui est encore assez mal compris.</p>
<p>En effet, alors que les nébuleuses planétaires nous racontent la fin de l’histoire de plus de 90 % des étoiles plus massives que le Soleil, elles sont paradoxalement difficiles à observer. C’est parce qu’elles sont peu nombreuses, du fait de leur durée de vie très courte aux échelles astronomiques : moins de 10 000 ans, à comparer aux 13,8 milliards d’années de l’univers. En somme, il n’y en aurait que 1500 observables dans la Voie lactée, notre galaxie.</p>
<h2>Mais qui a éjecté ce nuage de gaz et de poussières ?</h2>
<p>Les images dans l’infrarouge proche (à gauche, prise par l’<a href="https://theconversation.com/images-de-science-ce-que-le-telescope-james-webb-nous-apprend-sur-les-collisions-de-galaxies-190460">instrument NIRCAM</a>) et dans l’infrarouge moyen (à droite, prise par <a href="https://theconversation.com/james-webb-space-telescope-que-va-t-il-se-passer-apres-le-decollage-170052">MIRI</a>) montrent une première étoile au centre des deux images.</p>
<p>Mais cette étoile la plus brillante en lumière visible ou proche infrarouge, à un stade précoce de son évolution stellaire, n’est pas responsable de la nébuleuse planétaire : nous l’appellerons le compagnon visuel. Localisé à trop grande distance (à 7,5 jours-lumière) de l’étoile à l’origine de la nébuleuse planétaire, le compagnon visuel n’a joué qu’un rôle secondaire dans la structuration du phénoménal nuage de gaz et de poussière.</p>
<p>La seconde étoile du système est ultrachaude (quelque 130 000 °C), on ne la voit bien que sur le cliché de droite, juste à gauche de l’étoile visuelle. Cette seconde étoile est bien celle responsable de la nébuleuse planétaire, elle a expulsé le gaz de ses couches externes lorsque la fusion de l’hydrogène en hélium n’a plus été possible en son cœur par manque de combustible (lorsqu’elle est « devenue instable gravitationnellement »). Après effondrement, cette génitrice est devenue une « naine blanche ». Elle avait été repérée par le télescope spatial Hubble, mais les nouvelles observations, et en particulier grâce au compagnon visuel, permettent de mesurer plus précisément la masse de la génitrice avant effondrement : un peu moins de trois fois la masse du Soleil.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/518171/original/file-20230329-18-h2icn6.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="La même nébuleuse, toujours magnifique mais avec moins de détails" src="https://images.theconversation.com/files/518171/original/file-20230329-18-h2icn6.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/518171/original/file-20230329-18-h2icn6.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=449&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/518171/original/file-20230329-18-h2icn6.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=449&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/518171/original/file-20230329-18-h2icn6.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=449&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/518171/original/file-20230329-18-h2icn6.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=564&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/518171/original/file-20230329-18-h2icn6.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=564&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/518171/original/file-20230329-18-h2icn6.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=564&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">La nébuleuse de l’Anneau austral observée par le télescope spatial Hubble (l’image est tournée par rapport à celles du James-Webb).</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_443.html">NASA/The Hubble Heritage Team (STScI/AURA/NASA)</a></span>
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</figure>
<p>Mais la grande découverte faite grâce aux nouvelles données du télescope spatial James-Webb, c’est en fait la présence de deux ou trois étoiles supplémentaires… qui ne sont pas directement visibles sur les clichés ! On dit qu’elles ne sont « pas résolues » car la distance séparant chacune d’elles de l’étoile visuelle, centrale et très brillante, est plus petite que le plus fin élément de résolution, soit environ 0,43 jour-lumière, que ces images pourtant très détaillées fournissent. </p>
<h2>Voir une étoile supplémentaire… sans la voir</h2>
<p>Comment sait-on qu’il y a d’autres compagnons de la naine blanche, si on ne les voit pas ?</p>
<p>Il y a d’abord le système d’arcs concentriques au centre de la nébuleuse, révélé par les images de JWST. On peut l’expliquer en invoquant un autre compagnon stellaire créant des motifs spiraux : c’est la troisième étoile du système, invisible, celle-ci.</p>
<p>Cette étoile invisible aurait précipité la mort de la seconde étoile et la perte de son enveloppe extérieure par interaction de « marée gravitationnelle », c’est-à-dire que l’attraction entre les deux étoiles l’une envers l’autre était si forte qu’elles se sont « déchirées ».</p>
<h2>Une deuxième étoile supplémentaire</h2>
<p>Ce n’est pas la fin de l’histoire. Au contraire de ce que l’on observe en lumière visible ou en infrarouge proche, en infrarouge moyen l’étoile centrale apparaît plus brillante que son compagnon visuel. </p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/520734/original/file-20230413-16-6y9ct8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="photo légendée indiquant les éléments discutés dans le texte" src="https://images.theconversation.com/files/520734/original/file-20230413-16-6y9ct8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/520734/original/file-20230413-16-6y9ct8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=592&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/520734/original/file-20230413-16-6y9ct8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=592&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/520734/original/file-20230413-16-6y9ct8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=592&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/520734/original/file-20230413-16-6y9ct8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=744&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/520734/original/file-20230413-16-6y9ct8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=744&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/520734/original/file-20230413-16-6y9ct8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=744&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">L’anatomie de la mort d’étoile à l’origine de la nébuleuse de l’anneau austral.</span>
<span class="attribution"><span class="source">NASA, modifié par l’auteur</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Cet excès de lumière infrarouge découvert par les images de MIRI indique qu’une quantité considérable de poussière chaude est présente autour de l’étoile centrale.</p>
<p>La troisième étoile ne peut pas être la seule tenue responsable de la formation du disque, elle est trop loin de l’étoile centrale. Une interaction avec une quatrième étoile, encore beaucoup plus proche de l’étoile centrale que la troisième étoile, est nécessaire pour expliquer ce disque de poussière. En orbitant autour du centre de masse du système d’étoiles, cette quatrième étoile agite la poussière et le gaz et participe à la création des structures asymétriques que l’on observe.</p>
<h2>Une troisième étoile supplémentaire ?</h2>
<p>Nous avons donc un quatuor dont les trois acteurs principaux sont l’étoile centrale, son compagnon proche et son autre compagnon très proche, tous deux invisibles – le quatrième larron étant le lointain compagnon visuel. Ce scénario avec deux étoiles très proches est renforcé par la forme allongée de la cavité interne.</p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/images-de-science-ce-que-le-telescope-james-webb-nous-apprend-sur-les-collisions-de-galaxies-190460">Images de science : ce que le télescope James-Webb nous apprend sur les collisions de galaxies</a>
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<p>Ce n’est peut-être pas tout, car les nombreuses protubérances de cette cavité interrogent. La modélisation de cette cavité de gaz ionisé plaide pour la présence de nombreux jets intermittents qui ne peuvent pas être produits par un système binaire, mais nécessiteraient un trio d’étoiles très proches du centre. Ces séries de jets bipolaires auraient poussé la matière éjectée par l’étoile dans des directions spécifiques qui correspondent aux axes des éjecta complexes. Nous aurions dans ce cas un quintette. Cette dernière hypothèse est plus incertaine, car elle dépend de l’appariement des protubérances observées.</p>
<p>Ainsi, l’ancêtre de la nébuleuse planétaire de l’Anneau austral devait contenir au minimum un quatuor, voire un quintette d’étoiles, orbitant à l’intérieur d’un espace très restreint de quelques jours-lumière.</p>
<h2>La structure du gaz expulsé : coquilles imbriquées et filaments</h2>
<p>De plus, les observations dans l’infrarouge proche permettent de découvrir une multitude de petits faisceaux de lumière qui sont parvenus à se frayer un chemin à travers les interstices du cocon de poussière et de gaz, ce qui crée ce tissu de dentelle.</p>
<p>Des <a href="https://www.ilumbra.com/public/science/H2_Shape_scattering.mp4">simulations numériques permettent de reconstruire la forme tridimensionnelle de la nébuleuse et son évolution</a> : des structures qui ressemblent à deux bols s’écartant l’un de l’autre avec un grand trou au centre, avec des coquilles emboîtées.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/520737/original/file-20230413-28-xv2xdo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="Image des instruments du James Webb et modèle" src="https://images.theconversation.com/files/520737/original/file-20230413-28-xv2xdo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/520737/original/file-20230413-28-xv2xdo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=279&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/520737/original/file-20230413-28-xv2xdo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=279&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/520737/original/file-20230413-28-xv2xdo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=279&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/520737/original/file-20230413-28-xv2xdo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=351&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/520737/original/file-20230413-28-xv2xdo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=351&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/520737/original/file-20230413-28-xv2xdo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=351&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">À gauche, une image de l’hydrogène moléculaire découvert avec les instruments du télescope James-Webb ; à droite, le modèle physique correspondant basé sur des coquilles concentriques.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://arxiv.org/pdf/2301.02775.pdf">De Marco et collaborateurs, Nature Astronomy 2023</a>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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<p>Ces coquilles permettent de retracer l’histoire de la nébuleuse planétaire : chaque coquille représente un épisode de la vie de l’étoile, durant lequel elle a éjecté une partie de sa masse. Les premiers éjecta se propagent (à environ 15 kilomètres par seconde) depuis plus longtemps dans le milieu interstellaire et se retrouvent dans les coquilles les plus externes, ceux plus récents dans les coquilles les plus internes. Leurs vitesses de propagation diminuent avec le temps, ralenties au contact de la matière interstellaire.</p>
<p>La matière des différentes coquilles se mélange à la matière du milieu interstellaire ; dans certaines régions, de la poussière et des molécules se forment. Ces éléments iront enrichir l’espace intersidéral et se retrouveront, dans des centaines de millions d’années, à l’origine de la formation de nouvelles étoiles et de nouvelles planètes… il est toujours intéressant de se rappeler que nous n’existerions pas si éléments dont nous sommes constitués n’avaient pas été fabriqués dans de distances étoiles et transportés jusqu’à nous avant la formation de notre système solaire et planétaire – c’est le fameux <a href="https://www.youtube.com/watch?v=5rn3Ii3_6R8">« Nous sommes tous des poussières d’étoiles » d’Hubert Reeves</a>.</p>
<p>Les nouvelles observations ont permis de révéler un halo très étendu, constitué par de l’hydrogène moléculaire, empruntant vers l’extérieur la forme de milliers de fins segments bleu et vert entrecoupés de coquilles elliptiques et, plus à l’intérieur, la forme d’un anneau floculant, entourant le nuage d’hydrogène atomique ionisé par l’étoile. C’est l’étoile de faible masse, non visible sur les images, en orbite autour de la naine blanche à une distance de 50 fois la distance Terre-Soleil, qui est probablement responsable de cette structure complexe.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/200126/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Philippe Amram ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Une dentelle de gaz et de poussière, observée par le télescope spatial James-Webb, révèle qu’un quatuor d’étoiles est l’ancêtre de cette « nébuleuse de l’Anneau austral ».Philippe Amram, Professeur des universités et astrophysicien au Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Aix-Marseille Université (AMU)Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1979662023-01-24T19:09:00Z2023-01-24T19:09:00ZL’Univers est-il infini ?<p>L’infini, c’est quoi ? La suite de nombres 1, 2, 3, 4, etc., est-elle infinie ? Si cette suite s’arrête, c’est qu’il y a un nombre plus grand que tous les autres. On peut donc transformer la question initiale en se demandant : y a-t-il un nombre plus grand que tous les autres ? La réponse est non, et se démontre en supposant qu’il y en a un, appelons le N, et en montrant qu’on aboutit à une contradiction. Il suffit d’ajouter 1 à ce nombre, et N + 1 est plus grand que N, ce qui est contradictoire avec l’hypothèse initiale. Donc la suite des nombres entiers est infinie.</p>
<p>Cet exemple est intéressant car il montre que l’esprit humain est capable d’imaginer une notion qui ne correspond à aucune observation. Dans tout ce que nous observons quotidiennement, nous ne rencontrons jamais l’infini : le nombre de lettres dans un livre, le nombre de livres dans une bibliothèque peuvent être grands, le nombre de grains de sable sur une plage très grand, mais ils ne sont pas infinis.</p>
<p>Revenons à présent à notre question initiale : la taille de l’univers. Bien avant que l’on sache mesurer la distance qui nous sépare des étoiles de galaxies lointaines, un philosophe du XVI<sup>e</sup> siècle, Giordano Bruno, imagina que l’univers devait être infini car, disait-il, « il n’est point de raison, convenance, possibilité, sens ou nature qui lui assigne une limite. » Et il rajoutait une image mentale permettant de se représenter cet infini : celle d’une ligne d’horizon qui donne l’impression que le paysage s’arrête là, or lorsqu’on avance, cette ligne d’horizon recule en découvrant de nouveaux paysages. L’Église italienne le condamna au bûcher pour de tels propos, mais c’est une autre histoire…</p>
<p>Aujourd’hui, nous obtenons des renseignements sur la taille de l’univers en observant la distribution des étoiles dans le ciel. Nous détectons la lumière qu’elles nous envoient, et de ses caractéristiques nous savons déduire leur distance à la Terre. Donc la taille de l’univers est au moins égale à cette distance, mais cela ne nous permet pas de savoir s’il est infini ou pas. C’est tout de même mieux que rien, et nous pouvons nous demander : aujourd’hui, quelle est la distance la plus grande que les astronomes aient mesurée ? Ou, si l’on préfère, quelle est la taille de l’univers observable aujourd’hui ?</p>
<p>Là, nous pouvons faire le lien avec une autre question : celle de l’expansion de l’univers. Nos connaissances actuelles permettent d’affirmer que l’univers est en expansion depuis au moins 13,7 milliards d’années, ce qu’on appelle le Big-Bang. C’est suffisant pour répondre à la question de la taille de l’univers observable.</p>
<p>Les physiciens ont identifié en 1965 le rayonnement électromagnétique dit « fossile », appelé aussi le « fond diffus de rayonnement cosmologique », un rayonnement émis peu de temps (300 000 ans) après le Big-Bang, lorsque se formèrent les premiers atomes. Lorsque nous détectons un photon de ce rayonnement fossile, il s’agit d’un photon émis il y a en gros 13,7 milliards d’années, n’est-ce pas ? Quelle distance parcourt la lumière pendant cet intervalle de temps ? Ben, 13,7 milliards d’années-lumière, pardi ! </p>
<p>Mais comme l’univers est en expansion, l’objet céleste qui a émis ce photon se trouve aujourd’hui à une distance beaucoup plus grande. Pour la calculer, il faut une théorie de cette expansion. Dans le cadre du « modèle standard de la cosmologie » (le modèle théorique qui rend compte au mieux des observations de l’univers à grande échelle), on trouve 46,5 milliards d’années-lumière. Et comme le rayonnement fossile a les mêmes propriétés dans toutes les directions, la géométrie de cet univers observable est celle d’une sphère.</p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/comment-sait-on-que-lunivers-est-en-expansion-185786">Comment sait-on que l’univers est en expansion ?</a>
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<p>Nous pouvons à présent résumer notre connaissance actuelle : selon les meilleures théories dont nous disposons, l’univers observable est une sphère d’environ 100 milliards d’années-lumière de diamètre, et comme l’univers est en expansion, cette taille augmente en permanence.</p>
<p>En permanence ? En vrai, nous ne le savons pas. Mais <em>si</em> cette expansion ne s’arrête pas, c’est que le rayon de la sphère sera un jour plus grand que n’importe quel nombre pris à l’avance, non ?</p>
<p>Mais n’est-ce pas précisément ce que l’on entend par infini ?</p>
<hr>
<figure class="align-left ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption"></span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.dianerottner.com/">Diane Rottner</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p><em>Si toi aussi tu as une question, demande à tes parents d’envoyer un mail à : <a href="mailto:tcjunior@theconversation.fr">tcjunior@theconversation.fr</a>. Nous trouverons un·e scientifique pour te répondre</em>.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/197966/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Jacques Treiner ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Rien, autour de nous, n'est infini. Comment concevoir que l'univers puisse l'être ?Jacques Treiner, Physicien théoricien, Université Paris CitéLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1857862022-07-14T21:03:52Z2022-07-14T21:03:52ZComment sait-on que l’univers est en expansion ?<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/473822/original/file-20220713-14-5wfvb8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=5%2C7%2C1189%2C894&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Une des galaxies étudiées par le télescope spatial Hubble pour déterminer la vitesse d'expansion de l'univers.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/nasa-s-hubble-finds-universe-is-expanding-faster-than-expected">NASA</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>Commençons par une petite expérience qui va nous donner une image d’un « univers en expansion ». Cet univers sera un ballon gonflable.</p>
<p>On marque avec un stylo un point quelconque sur la surface et on trace un petit cercle autour, en marquant deux points sur le cercle. On gonfle le ballon progressivement.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="Un ballon dégonflé qui se gonfle" src="https://images.theconversation.com/files/472841/original/file-20220706-13-ixbz9s.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/472841/original/file-20220706-13-ixbz9s.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=226&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/472841/original/file-20220706-13-ixbz9s.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=226&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/472841/original/file-20220706-13-ixbz9s.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=226&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/472841/original/file-20220706-13-ixbz9s.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=284&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/472841/original/file-20220706-13-ixbz9s.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=284&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/472841/original/file-20220706-13-ixbz9s.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=284&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Vu d’un point arbitraire sur la surface, tous les autres points s’éloignent comme s’il était le centre de l’expansion.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Jacques Treiner</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>À mesure que le cercle grandit, la distance au centre grandit, de même que la distance entre les deux points du cercle. Cela s’applique quel que soit le point initial choisi. Pour avoir une image d’un univers en expansion, il suffit de généraliser le cas d’une surface au cas d’un volume. Chaque point « voit » les autres points s’éloigner de lui comme s’il était le centre de l’expansion.</p>
<h2>Une expansion à grande échelle, mais pas forcément locale</h2>
<p>Il faut à présent expliquer comment les scientifiques en sont venus à cette conclusion en ce qui concerne l’univers observable, et pas seulement un ballon gonflable.</p>
<p>Pour cela, il faut observer l’univers à grande échelle. Ni la Lune ni le Soleil ne s’éloignent de la Terre, pas plus que les autres objets du système solaire. Les étoiles de notre galaxie, la Voie lactée, ne s’éloignent pas de nous. Et même la <a href="https://theconversation.com/succes-scientifiques-et-images-epoustouflantes-lheritage-du-telescope-spatial-hubble-171524">galaxie d’Andromède</a>, qui se trouve à plus de deux millions d’années-lumière (AL) ne s’éloigne pas de nous. Au contraire, elle se rapproche de nous à une vitesse de 500 km par seconde.</p>
<p>L’univers est-il vraiment en expansion ? Oui, mais à des échelles de dizaines, de centaines de millions et de milliards d’AL. En moyenne, les galaxies s’éloignent les unes des autres, mais cela n’empêche pas que localement certaines se rapprochent, et même entrent en collision.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="Une collision de galaxies" src="https://images.theconversation.com/files/473401/original/file-20220711-25-mdp6nm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/473401/original/file-20220711-25-mdp6nm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=797&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/473401/original/file-20220711-25-mdp6nm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=797&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/473401/original/file-20220711-25-mdp6nm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=797&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/473401/original/file-20220711-25-mdp6nm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=1001&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/473401/original/file-20220711-25-mdp6nm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=1001&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/473401/original/file-20220711-25-mdp6nm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=1001&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Exemple d’une collision de galaxies : la galaxie des Souris, située à 301 millions d’AL de notre galaxie.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://science.nasa.gov/ngc-4676-when-mice-collide">William Ostling/NASA</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Nous connaissons l’expansion de l’univers depuis les années 1920, époque à laquelle les astronomes (américains, en l’occurrence) ont observé que les objets célestes lointains s’éloignaient de nous, et que leur vitesse d’éloignement était d’autant plus grande qu’ils étaient éloignés. Pour cela, il fallait être capables de mesurer, pour chaque objet, sa distance à nous et sa vitesse.</p>
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<h2>Mesure des vitesses</h2>
<p>Le déclic vint lorsque les physiciens analysèrent la lumière venant des étoiles, à commencer par le Soleil. Newton comprit que la lumière blanche était composée d’un continuum de longueurs d’onde, mais ce n’est qu’au début du XIX<sup>e</sup> siècle que Frauenhoffer, un physicien allemand, remarqua la présence de lignes sombres dans le spectre solaire.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="Spectre de lumière du soleil avec zones sombres" src="https://images.theconversation.com/files/472837/original/file-20220706-22-cmkfjg.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/472837/original/file-20220706-22-cmkfjg.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=176&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/472837/original/file-20220706-22-cmkfjg.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=176&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/472837/original/file-20220706-22-cmkfjg.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=176&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/472837/original/file-20220706-22-cmkfjg.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=221&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/472837/original/file-20220706-22-cmkfjg.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=221&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/472837/original/file-20220706-22-cmkfjg.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=221&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Raies sombres sur un spectre solaire continu.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Jacques Treiner</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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</figure>
<p>Ces longueurs d’onde « absentes » sont dues à leur absorption par les éléments présents à la surface de l’étoile, qui les diffusent ensuite dans toutes les directions, ce qui se traduit par un assombrissement dans la ligne de visée. Un ensemble de lignes sombres caractéristiques indique la présence d’un élément chimique.</p>
<p>Encore un siècle plus tard, des astronomes remarquèrent, dans le spectre d’étoiles appartenant à des galaxies lointaines, que ces ensembles de lignes sombres avaient tous, en moyenne, un décalage vers les grandes longueurs d’onde par rapport à ce que l’on observe en laboratoire, donc un décalage « vers le rouge ».</p>
<p>Ils interprétèrent ces décalages comme un effet Doppler lumineux, phénomène qui se produit lorsqu’une onde (acoustique ou lumineuse) est émise par une source en mouvement par rapport à un récepteur.</p>
<p>La longueur d’onde perçue se décale vers les courtes longueurs d’onde lorsque la source se rapproche du récepteur et vers les grandes longueurs d’onde lorsqu’elle s’en s’éloigne. L’effet augmente à mesure que la vitesse de la source émettrice augmente. On peut observer ce phénomène lorsqu’une ambulance passe devant nous, la sirène étant plus aiguë ou plus grave selon que l’ambulance se rapproche ou s’éloigne de nous. Ces décalages « vers le rouge » signalaient donc que les étoiles émettrices appartenaient à des galaxies s’éloignant de la nôtre. Il fallait encore déterminer si ces décalages étaient corrélés aux distances des sources émettrices. Ce n’est qu’au début du XX<sup>e</sup> siècle que les astronomes disposèrent de l’outil permettant de mesurer ces distances.</p>
<h2>Mesure des distances</h2>
<p>Pour des étoiles distantes de quelques années-lumière, on utilise la méthode de la parallaxe orbitale. Si l’on regarde une étoile à six mois d’intervalle, sa position par rapport au fond du ciel change. On appelle parallaxe l’angle sous lequel on voit la distance Terre-Soleil depuis l’étoile. Cet angle est égal à la moitié du changement de la ligne de visée vers l’étoile à six mois d’intervalle.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="Schéma montrant la parallaxe d’une étoile" src="https://images.theconversation.com/files/473358/original/file-20220711-18-pzpx7o.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/473358/original/file-20220711-18-pzpx7o.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/473358/original/file-20220711-18-pzpx7o.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/473358/original/file-20220711-18-pzpx7o.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/473358/original/file-20220711-18-pzpx7o.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/473358/original/file-20220711-18-pzpx7o.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/473358/original/file-20220711-18-pzpx7o.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Détermination de la parallaxe d’une étoile.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Jacques Treiner</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Mais cette méthode ne convient pas pour des étoiles ou des galaxies lointaines, car la parallaxe est trop petite pour être mesurée, la distance Terre-Soleil étant relativement trop petite.</p>
<p>La solution fut trouvée en 1908 à Harvard, où une jeune astronome, Henrietta Swan Leavitt, mesurait l’éclat d’étoiles appartenant à une nébuleuse visible dans l’hémisphère sud, le Petit Nuage de Magellan (M). En ce début de siècle, les progrès de l’instrumentation – télescopes et photographie – permirent de constituer les premiers grands catalogues d’étoiles.</p>
<p>À Harvard, les photos prises par les astronomes (essentiellement des hommes) étaient analysées par une équipe d’une douzaine de femmes, et Henrietta Leavitt s’intéressait aux étoiles variables, les Céphéides, appelées ainsi parce que la première fut découverte (en 1784) dans la constellation Céphée. Ce sont des étoiles géantes dont l’éclat varie avec une périodicité allant de l’ordre de la journée à quelques mois.</p>
<p>Leavitt découvrit une relation entre la période d’une étoile et sa luminosité. Plus elle est lumineuse, plus sa période est grande. Comme elles appartiennent toutes au même groupement d’étoiles, on peut considérer qu’elles sont toutes à peu près à la même distance de la Terre, d(M), si bien que les différences de luminosité reflètent leurs différences d’éclat intrinsèque.</p>
<p>Imaginons alors que l’on repère une Céphéide dans une autre galaxie. On mesure sa période P et on la compare avec celles des Céphéides du Nuage de Magellan. Cela permet de déterminer la luminosité L(M) qu’elle aurait si elle se trouvait à la distance d(M). Or la luminosité apparente Lap diminue comme le carré de la distance : Lap = L(M)〖d(M)〗<sup>2</sup>/d<sup>2</sup>. Connaissant la distance du Nuage de Magellan, on en déduit la distance d de la Céphéide.</p>
<p>On peut aussi calibrer la relation période-distance en mesurant la période de Céphéides de notre galaxie, dont on connait la distance par mesure de parallaxe, et l’utiliser pour déterminer la distance du Petit Nuage de Magellan.</p>
<p>En tout cas, on tenait là l’outil recherché. De la mesure de la période d’une Céphéide, on pouvait déduire sa distance.</p>
<h2>L’univers est bien en expansion</h2>
<p>Au début du XX<sup>e</sup> siècle, la question de savoir si tous les objets célestes visibles appartiennent à notre galaxie ou s’il existe d’autres galaxies séparées de la nôtre était débattue. C’est la mesure des distances décrites ci-dessus qui trancha le débat, la Voie lactée devint une galaxie parmi d’autres.</p>
<p>Mais c’est aussi la méthode qui permit à l’astronome américain Edwin Hubble de mettre en évidence l’expansion de l’univers. Il s’aperçut en effet qu’il existait une corrélation entre la vitesse d’éloignement d’une galaxie et sa distance. Plus une galaxie est lointaine, plus sa vitesse d’éloignement est grande.</p>
<p>On caractérise cette expansion par la « constante de Hubble H0 », qui indique de combien la vitesse augmente lorsque la distance augmente d’un million de parsecs (Mpc), distance équivalente à 3,2 millions d’AL. Actuellement, lorsque l’on s’éloigne d’un mégaparsec, la vitesse des objets célestes augmente de 74 km/s.</p>
<p>Conséquence immédiate : si l’on remonte le cours du temps, l’univers se contracte, sa densité augmente. Jusqu’où ? Bonne question, mais c’est un autre sujet, celui du Big-Bang !</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/185786/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Jacques Treiner ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>La découverte de l’expansion de l’univers a été rendue possible lorsque les astronomes furent capables de mesurer séparément la distance d’objets célestes lointains et leur vitesse.Jacques Treiner, Physicien théoricien, Université Paris CitéLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1814912022-05-29T15:34:51Z2022-05-29T15:34:51ZQue devient le télescope James Webb à 1,5 million de kilomètres de la Terre ?<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/465464/original/file-20220526-12-4sk5ok.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C261%2C2458%2C1556&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Vue d'artiste du JWST dans l'espace</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/services/missions/universe/JWST.html">NASA</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>Le télescope Webb s’est envolé le 25 décembre 2021 vers son poste d’observation, à 1,5 million de kilomètres de la Terre. Un vrai conte de Noël puisque depuis son lancement, les opérations pour le faire rejoindre son point d’observation et le déployer se déroulent à merveille. Une première image a été dévoilée. Un petit point d’étape s’impose donc.</p>
<p>Le télescope Webb, issu d’un partenariat international entre la NASA, l’ESA et l’Agence spatiale canadienne (ASC), est souvent présenté comme le successeur du télescope Hubble de la NASA.</p>
<p>Il en est en fait le complément scientifique. Malgré ses 30 ans d’âge, Hubble observe toujours l’univers dans les longueurs d’onde visibles, ultraviolet et proche infrarouge. Mais malgré ses avancées historiques, il a atteint ses limites. Les nuages de poussière et de gaz, présents dans le milieu interstellaire par exemple dans les nébuleuses planétaires (là où naissent les étoiles), lui sont opaques. Webb, lui, verra « à travers » ces nuages, car il observe en infrarouge, proche et moyen. Il verra également « mieux », et donc plus loin, grâce à son miroir de 6,5 mètres, contre 2,5 mètres pour Hubble.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/465474/original/file-20220526-19-fmf3pr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/465474/original/file-20220526-19-fmf3pr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=318&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/465474/original/file-20220526-19-fmf3pr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=318&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/465474/original/file-20220526-19-fmf3pr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=318&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/465474/original/file-20220526-19-fmf3pr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=399&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/465474/original/file-20220526-19-fmf3pr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=399&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/465474/original/file-20220526-19-fmf3pr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=399&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Premières images obtenues avec les instruments NIRSPEC, NIRCAM, NIRISS, MIRI et le <em>fine guidance sensor</em>. On y voit des champs d’étoiles obtenus en proche et moyen infrarouge dans les bandes respectives de chaque instrument. La définition et la sensibilités du télescope Webb permettent d’identifier des milliers d’objets.</span>
<span class="attribution"><span class="source">NASA/ESA</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
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<p>La France a largement participé à la réalisation de ce projet titanesque. D’une part via son positionnement majeur au sein de l’ESA, qui a fourni le lanceur Ariane 5 et est impliquée dans la fourniture de deux des quatre instruments scientifiques du Webb : le spectro-imageur MIRI dans le moyen infrarouge et le spectrographe NIRSpec dans le proche infrarouge.</p>
<p>Mais aussi via le CNES, qui a directement contribué, avec ses partenaires nationaux du CEA et du CNRS à la conception et à la réalisation de l’imageur de l’instrument MIRI. De ce fait les scientifiques français bénéficient de temps d’observation privilégiés, réservés à ceux qui ont financé, conçu et fabriqué des instruments. Ces programmes permettront à nos chercheurs d’être en première ligne pour la publication des premiers résultats.</p>
<h2>Déplier un origami dans l’espace</h2>
<p>Mais déployer une telle cathédrale de technologie dans l’espace n’est pas simple. Webb était ainsi replié tel un origami dans la coiffe d’Ariane, spécialement modifiée pour l’occasion.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/465473/original/file-20220526-13-r2cupw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/465473/original/file-20220526-13-r2cupw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=750&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/465473/original/file-20220526-13-r2cupw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=750&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/465473/original/file-20220526-13-r2cupw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=750&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/465473/original/file-20220526-13-r2cupw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=943&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/465473/original/file-20220526-13-r2cupw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=943&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/465473/original/file-20220526-13-r2cupw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=943&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Le JWST plié pour le lancement.</span>
<span class="attribution"><span class="source">NASA/ESA</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
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<p>Et comme les contes de Noël se passent toujours bien, le lancement a été parfait : la précision d’injection a même permis de préserver 20 ans de réserve de carburant au lieu des 10 ans prévus ! En effet, lorsque le télescope approche de son poste d’observation final, il doit être manoeuvré avec précision. Cela consomme pas mal d’ergols. Mais la trajectoire que lui avait donnée Ariane 5 était si précise que très peu ont été utilisés. Il en reste d’autant plus pour la mission !</p>
<p>Pour pouvoir observer dans l’infrarouge, Ariane a propulsé Webb à 1,5 million de kilomètres de la Terre, contrairement à Hubble qui, lui, tourne autour à 570 km d’altitude. Sa destination est appelée <a href="https://cnes.fr/fr/media/point-l-space-be">Point de Lagrange L2</a>. Il l’a atteinte le 24 janvier 2022. Il tourne donc désormais autour du Soleil à la même vitesse que la Terre et la Lune, mais il leur tourne le dos et se protège de leurs rayonnements grâce à un immense bouclier qui s’est déployé 10 jours après le tir.</p>
<p>Cinq couches de Mylar (un polyester très résistant qui peut subir des températures extrêmes) de la dimension d’un court de tennis. Grâce à elles, il règne désormais, côté Soleil, entre 14 et 51 °C, alors que côté télescope, protégé par le bouclier, il règne de -235 à -241 °C.</p>
<h2>Un froid proche du zéro absolu</h2>
<p>Mais si ces températures très basses sont adaptées au fonctionnement des trois instruments qui doivent travailler dans l’infrarouge proche, elles ne sont pas assez froides pour notre instrument MIRI, qui lui regarde dans l’infrarouge moyen. En effet l’infrarouge moyen permet de mieux sonder, par exemple, le voisinage proche des étoiles pour détecter la présence de planètes. Comme les détecteurs qui travaillent à ces longueurs d’onde requièrent une température encore plus froide, la NASA a donc ajouté une « machine à froid » (« cryo-cooler »), qui a été mise en route 87 jours après le tir. Une prouesse et une première technologique saluées par la NASA qui a annoncé avoir atteint la température extrêmement froide de 7 degrés Kelvin, soit environ -267 °C, le 6 avril. MIRI a atteint sa température opérationnelle.</p>
<p>Avant cela, la NASA avait également procédé au déploiement du miroir de 6,5 mètres, et procédé à l’alignement fin des 10 segments du miroir, afin que chacun observe bien dans la continuité de ses six voisins. L’alignement final pour corriger toutes les petites erreurs de positionnement résiduelles a été achevé début mai. La première image prise avec l’imageur de l’instrument MIRI a été rendue publique par la NASA fin avril.</p>
<p>La prochaine étape est désormais de vérifier que toutes les fonctionnalités de tous les instruments scientifiques sont opérationnelles. Les premières images en pleine résolution seront publiées cet été.</p>
<p>Webb, pleinement opérationnel, aidera à résoudre les mystères de notre système solaire, à regarder au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et à sonder les structures et les origines mystérieuses de notre univers et notre place dans celui-ci.</p>
<p>Mais Webb est bien plus que cela. Webb symbolise à lui seul tout l’intérêt que l’Astrophysique recèle pour l’humanité. Certes la science et la connaissance sont les premiers bénéficiaires des découvertes que l’analyse des images de Webb va rendre possible pour tous les scientifiques de la planète. Mais la maîtrise technologique de tout le tissu industriel sollicité pour relever les défis sans équivalent que Webb a exigé en a bénéficié largement.</p>
<p>Et ce n’est pas tout : l’Astrophysique, qui a toujours fasciné les humains depuis des siècles, trouve avec Webb un outil philosophique de premier plan. En observant l’univers le plus lointain, donc le plus ancien, il nous renseignera sur la vie des premières étoiles et la structuration des premières galaxies. En observant les exoplanètes qui gravitent autour d’autres étoiles, il pourra détecter la présence d’une atmosphère et en analyser la composition. En observant également notre système solaire externe, les lunes glacées de nos géantes Neptune ou Uranus, il nous apprendra sur sa formation et donc sur notre Terre.</p>
<p>Ainsi Webb nous interpelle sur nos origines et notre place dans l’univers. D’où venons-nous ? Comment notre galaxie, notre Soleil, notre Terre sont-ils apparus ? La vie est-elle apparue ailleurs ? Sommes-nous seuls ? D’autres civilisations ont-elles suivi un chemin similaire au nôtre ? Webb pourra-t-il nous aider à poursuivre la réflexion autour de l’<a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89quation_de_Drake">équation de Drake</a> qui tente de quantifier le nombre de civilisations intelligentes et technologiquement avancées dans l’Univers, ou à expliquer le <a href="https://lejournal.cnrs.fr/billets/le-paradoxe-de-fermi-et-les-extraterrestres-invisibles">paradoxe de Fermi</a> qui s’étonne qu’aucune d’entre elle (si elles existent) ne se soit jamais manifestée à nous ?</p>
<p>Se demander d’où on vient oblige à se demander où on va. Les discussions que susciteront les observations et résultats de Webb n’interpelleront pas que les chercheurs et les scientifiques. Toutes les sociétés, depuis ses dirigeants jusqu’au très grand public, seront renvoyées ainsi à la fragilité et la complexité de notre monde. C’est extrêmement salutaire pour les esprits en ces temps de guerre, de pandémie, de détérioration critique de l’environnement et du vivant par ceux-là mêmes, les êtres humains, qui y habitent.</p>
<p><a href="https://www.odilejacob.fr/catalogue/sciences/astronomie-astrophysique-cosmologie/plus-belle-ruse-de-la-lumiere_9782415000721.php">L’astrophysicien David Elbaz</a> relève la puissance philosophique de telles images accessibles pour tout un chacun, mais aussi artistique par les émotions qu’elles suscitent, à l’instar des peintures de paysages grandioses à la fin du XIX<sup>e</sup> siècle « Confrontée à de telles images, la raison de l’observateur est poussée à s’élever […] elles conduisent la raison à se dépasser ».</p>
<p>Quant aux connaissances scientifiques et la connaissance qui s’en enrichit <a href="https://www.dunod.com/sciences-techniques/voyage-sur-flots-galaxies-laniakea-et-au-dela-0">l’astrophysicienne Hélène Courtois</a> souligne « La connaissance scientifique fait partie intégrante de la culture. Par leur travail, les chercheurs contribuent à l’éducation, faisant front contre la violence et l’obscurantisme ».</p>
<p>Vivement, donc, les premières images de Webb, en ces temps qui appellent à un supplément de lumière, même infrarouge !</p>
<hr>
<figure class="align-right ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/328409/original/file-20200416-192725-wmbl1n.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/328409/original/file-20200416-192725-wmbl1n.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=484&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/328409/original/file-20200416-192725-wmbl1n.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=484&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/328409/original/file-20200416-192725-wmbl1n.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=484&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/328409/original/file-20200416-192725-wmbl1n.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=609&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/328409/original/file-20200416-192725-wmbl1n.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=609&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/328409/original/file-20200416-192725-wmbl1n.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=609&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<p><em>Cet article fait partie de la série « Les belles histoires de la science ouverte », publiée avec le soutien du ministère de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation. Pour en savoir plus, veuillez consulter la page <a href="https://www.ouvrirlascience.fr/">Ouvrirlascience.fr</a>.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/181491/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Philippe Laudet ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Au-delà de la prouesse technique d’envoyer un télescope dans l’espace, le JWST permettra de grandes avancées dans notre compréhension de l’univers.Philippe Laudet, Responsable des programmes Astronomie et Astrophysique, Centre national d’études spatiales (CNES)Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1829822022-05-13T15:59:43Z2022-05-13T15:59:43ZOn peut enfin voir le trou noir au centre de notre galaxie et c’est un exploit<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/462978/original/file-20220513-13-bebhq0.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C6%2C4069%2C4063&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">La première image de Sgr A*, le trou noir supermassif situé au centre de notre galaxie.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.eso.org/public/france/images/eso2208-eht-mwa/">eso2208-eht-mwa</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>Au centre de notre galaxie, la Voie lactée, trône un trou noir supermassif, autour duquel nous tournons. Jusqu’à présent, personne n’avait réussi à l’observer, et pour cause, un trou noir absorbe toute la lumière environnante. Pourtant une équipe de recherche a réussi l’exploit de <a href="https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_First_Sgr_A_Results">produire</a> la première image de « notre » trou noir, Sagittarius A* ou SgrA*. Plus exactement, on peut y voir son environnement immédiat avec ce halo orangé.</p>
<p>En 2019 déjà, une image similaire de trou noir avait marqué l’histoire. C’était le trou noir M87*, au centre de la galaxie Messier 87. Situé mille fois plus loin que le centre de notre propre galaxie, il est aussi mille fois plus gros, de telle sorte que les deux objets ont la même taille « apparente » dans le ciel : ils apparaissent « de la taille d’un donut posé sur la Lune vu depuis la Terre », pour reprendre la comparaison des astronomes du <em>Event Horizon Telescope</em> qui avaient produit l’image.</p>
<h2>La matière qui s’effondre</h2>
<p>Imager SgrA* s’est avéré bien plus difficile que M87*, mais ce n’est pas une question de taille apparente, comme on vient de le voir.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/462981/original/file-20220513-12-fqfg7f.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/462981/original/file-20220513-12-fqfg7f.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/462981/original/file-20220513-12-fqfg7f.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=350&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/462981/original/file-20220513-12-fqfg7f.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=350&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/462981/original/file-20220513-12-fqfg7f.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=350&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/462981/original/file-20220513-12-fqfg7f.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=439&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/462981/original/file-20220513-12-fqfg7f.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=439&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/462981/original/file-20220513-12-fqfg7f.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=439&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Image du trou noir supermassif M87* et de son disque d’accrétion, le 10 avril 2019.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://fr.wikipedia.org/wiki/M87*#/media/Fichier:Black_hole_-_Messier_87.jpg">Event Horizon Telescope/Wikimedia</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>C’est parce qu’on ne voit jamais les trous noirs eux-mêmes (le trou noir est dans la zone sombre au centre de l’image), mais plutôt la matière qui s’effondre vers leur centre, et qui, en accélérant, émet des ondes électromagnétiques qui nous parviennent. Cette matière tourne à une vitesse très élevée (10 % de la vitesse de la lumière),autour du centre de SgrA*. Comme SgrA* est 1000 fois plus petit que M87*, la matière fait un tour beaucoup plus rapidement (en seulement quelques minutes autour de SgrA* au lieu de quelques jours voire quelques semaines autour de M87*), et le rayonnement qui nous en parvient est plus instable dans le temps.</p>
<p>Il faut donc observer moins longtemps SgrA* pour avoir une image moyenne de qualité similaire à celles de M87*. C’est là la difficulté : comme la variabilité de SgrA* est plus grande, chaque image de SgrA* est différente des autres, et on ne peut pas les additionner facilement, il faut additionner des images similaires, qui sont forcément plus courtes (pour s’affranchir de cette variabilité) et donc plus rares (car la plupart des images sont différentes les unes des autres).</p>
<p>La matière qui s’effondre sur le trou noir chauffe dans le disque d’accrétion et émet de la lumière. C’est le disque d’accrétion, qui possède des inhomogénéités : le disque est plus ou moins épais en fonction de la répartition de la matière, si la matière tombe préférentiellement en un endroit du disque alors le disque sera à cet endroit plus épais, avec plus d’intensité lumineuse, et que l’on retrouve sur les images sous la forme de zones plus ou moins intenses : le halo orangé.</p>
<h2>Des images dans le domaine radio</h2>
<p>Les trous noirs supermassifs émettent principalement dans le rayonnement visible, ultraviolet, voire rayons X mais également dans le domaine des ondes radio, c’est cette partie du signal qui a pu être détectée depuis la Terre grâce à l’<em>Event Horizon Telescope</em> : un réseau de 11 radio-télescopes répartis à la surface de la Terre, chacun composé de plusieurs antennes. L’un d’entre eux est en France : c’est le télescope NOEMA, sur le plateau de Bure dans les Hautes Alpes, qui comprend 12 antennes.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/462983/original/file-20220513-15-oosxcq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/462983/original/file-20220513-15-oosxcq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/462983/original/file-20220513-15-oosxcq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/462983/original/file-20220513-15-oosxcq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/462983/original/file-20220513-15-oosxcq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/462983/original/file-20220513-15-oosxcq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/462983/original/file-20220513-15-oosxcq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Photo aérienne de l’observatoire NOEMA sur le plateau de Bure montrant 9 (sur 12 lorsque le projet sera à son terme) antennes de 15 mètres.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Northern_extended_millimeter_array#/media/Fichier:NOEMA_observatory._IRAM.jpg">IRAM-gre</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Les signaux des différentes antennes sont combinés grâce à un supercalculateur en suivant les principes de l’interférométrie. Plus le réseau d’antennes est étendu, plus la résolution est élevée.</p>
<p>Ainsi, le Event Horizon Telescope est un télescope qui fait « virtuellement » une taille similaire à celle de la Terre… pour atteindre une sensibilité (la capacité à distinguer des signaux très faibles) et un pouvoir de résolution (la capacité à distinguer deux signaux très proches) inégalés.</p>
<h2>La prouesse : faire interférer des signaux de télescopes très distants</h2>
<p>L’interférométrie est une technique très sensible : pour faire interférer deux ondes électromagnétiques, il faut que les pics de leurs vagues respectives ne soient pas trop distants l’un de l’autre (on dit alors que les ondes sont cohérentes). C’est un peu comme combiner les oscillations entre elles, créées par deux pierres tombées dans l’eau, si elles tombent à des instants différents, les oscillations n’interagissent pas ou peu, si par contre on les fait tomber au même moment, alors les oscillations interagissent, on dit qu’elles sont alors cohérentes.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/462986/original/file-20220513-22-txnvxy.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/462986/original/file-20220513-22-txnvxy.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/462986/original/file-20220513-22-txnvxy.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=338&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/462986/original/file-20220513-22-txnvxy.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=338&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/462986/original/file-20220513-22-txnvxy.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=338&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/462986/original/file-20220513-22-txnvxy.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/462986/original/file-20220513-22-txnvxy.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/462986/original/file-20220513-22-txnvxy.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Emplacements des télescopes qui composent le réseau EHT.</span>
<span class="attribution"><span class="source">eso2208-eht-mwi</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Les quantités phénoménales de données générées sont ensuite stockées sur des disques durs et transportées par avion, jusqu’au centre de calcul où les calculs d’interférométrie ont lieu.</p>
<p>Mais ces calculs ne suffisent pas à générer les images présentées par la collaboration du <em>Event Horizon Telescope</em>. Les chercheurs ont en fait modélisé des milliers de configurations de trous noirs avec des vitesses et des axes de rotation différents, pour comparer les signaux qui s’échapperaient de tels trous noirs aux signaux réellement détectés.</p>
<h2>De quelle couleur est un trou noir ?</h2>
<p>Les couleurs des images sont donc de fausses couleurs, puisqu’on détecte des ondes radios, invisibles pour l’œil humain. Elles indiquent la température des différentes zones autour du trou noir, dites température de brillance. Pour SgrA*, la température va de 0 Kelvin (c’est le zéro absolu des températures, soit environ – 273 °C) à 14 milliards de Kelvin ; tandis que pour M87*, elle va de 0 à 6 milliards de K. C’est toujours parce que SgrA* est plus petit et que la matière qui s’effondre est plus proche de son trou noir.</p>
<p>Dans le futur, l’équipe espère pouvoir réaliser des films de trous noirs afin d’étudier leurs dynamiques, des structures changeantes et des variabilités dans le disque d’accrétion, observer les jets émis perpendiculairement au disque d’accrétion ou encore leurs champs magnétiques. Cela permettra peut-être de tester la théorie de la relativité générale avec plus de détails.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/182982/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Sylvain Chaty a reçu des financements du CNES (Centre National d'Etudes Spatiales) et du LabEx UnivEarthS de l'Université Paris Cité</span></em></p>Un trou noir absorbe toute la lumière qui l’environne, il est donc extrêmement complexe de pouvoir l’observer.Sylvain Chaty, Professeur des Universités, astrophysicien au CEA, Université Paris CitéLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1829622022-05-12T19:05:38Z2022-05-12T19:05:38ZÉclipses de Lune : pourquoi on ne les observe pas chaque mois<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/462714/original/file-20220512-18-h9d00r.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=3%2C6%2C2040%2C594&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Éclipse de Lune de 2018: on voit l'ombre de la Terre sur la Lune.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/amanclos/29816524528">Maxime Raynal, Flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span></figcaption></figure><p>Une éclipse de Lune, c’est un bon moment pour se demander pourquoi on voit ce qu’on voit, car c’est précisément un moment où <em>on ne voit pas</em> ce qu’on voit d’habitude.</p>
<p>D’habitude, on ne s’interroge pas sur ce qu’on voit dans le ciel, on ne se demande pas si le soleil va se lever demain matin. On se prépare comme d’habitude aux tâches à venir. Si par quelque hasard un enfant vous demande, en vous regardant droit dans les yeux comme ils savent le faire : « est-ce que le soleil va se lever demain matin ? », vous lui dites, rassurant : « tu sais, le soleil se lève tous les jours, souviens-toi, il s’est levé hier, avant-hier, et encore avant avant-hier ». Évidemment, ce n’est pas une explication, c’est l’observation d’une régularité passée qu’on prolonge dans le futur.</p>
<p>Mais une régularité demande explication, ce n’est pas une explication par soi-même.</p>
<h2>La Lune ne se lève pas toujours à la même heure</h2>
<p>Pour avancer dans la compréhension du pourquoi le soleil va se lever demain, on peut remarquer que les étoiles aussi se lèvent, la nuit, quand on peut les observer, et la Lune aussi, de jour comme de nuit. Il suffit de rester une ou deux heures dehors, et on voit bien que tout ce petit monde se déplace d’est en ouest en décrivant des petits arcs de cercle. Si l’on prolonge ces arcs de cercle pour reconstituer mentalement les cercles entiers dont ils font partie, on constate assez facilement qu’ils ont tous le même axe, et que cet axe est identique à la ligne des pôles, l’axe nord-sud, et qu’il pointe bien vers d’étoile polaire. Et si nous voyons tout ce monde céleste décrire des cercles de l’est vers l’ouest, c’est qu’en fait la Terre tourne sur elle-même en sens inverse, donc de l’ouest vers l’est, et qu’en chaque lieu de la surface on découvre un ciel nouveau venant de l’Est. C’est ainsi, d’ailleurs, que le soleil, comme les autres astres, se lève à l’est.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/462724/original/file-20220512-20-pacolg.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/462724/original/file-20220512-20-pacolg.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/462724/original/file-20220512-20-pacolg.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/462724/original/file-20220512-20-pacolg.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/462724/original/file-20220512-20-pacolg.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/462724/original/file-20220512-20-pacolg.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/462724/original/file-20220512-20-pacolg.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Une longue exposition photographique montre que les étoiles décrivent des arcs de cercle dans le ciel à mesure que le temps passe.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/58977655@N06/32429250104/in/photolist-RpEoeN-ApEy7e-29GMHdz-LuaW5j-FkzE2h-nXe4X6-GCXhLt-A65wch-2damAXA-iRcAB6-2gNudHb-e5Q1Rr-2jTUkYM-2mKg9mS-LmbPjR-XzUhmR-2jtfc7e-2jtjkhZ-p4Vbhy-2k2KQ93-2cDYg2n-St3XMv-2kUArBB-L2wqyU-whUwXu-yLALcU-28ty7vp-LNkLv1-2m2z5WZ-2jjsbZf-23BBW94-2gnK4hb-2d2iPqc-w8Ajq8-zGNKbf-2jpdwmx-rBxaaC-KEeWw9-Nf1txG-2jkL5eJ-kF2gHu-88wNZY-oD53kV-FR7Jfu-oVz37F-2mWE7jU-nud4iE-2iCjohV-SWwPC2-ebQACo">ChristiaN/Flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>La vitesse de déplacement apparent des objets célestes sur leurs cercles respectifs est facile à calculer. La Terre effectue une rotation complète de 360 degrés en 24h, l’angle parcouru en une heure par une étoile quelconque est donc égal à 360 degrés divisés par 24, soit 15 degrés par heure, valeur facilement vérifiable en pointant la même étoile, ou même la Lune, à une heure d’intervalle. Mais la Lune a ceci de particulier qu’elle tourne vraiment autour de la Terre, ce qui n’est pas le cas des étoiles, par conséquent elle se déplace par rapport au fond du ciel, alors que les étoiles occupent des positions fixes les unes par rapport aux autres.</p>
<p>Autrement dit, la Lune ne se lève pas toujours à la même heure. De combien est ce décalage ? Eh bien, puisqu’elle fait un tour de Terre en 28 jours environ, elle parcourt 360 degrés en 28 jours, soit un peu plus de 12 degrés par jour. Voilà pourquoi la Lune est visible aussi bien de jour que de nuit. Comme un terrien découvre, nous venons de le voir, 15 degrés de ciel chaque heure, d’un jour au suivant il faut de l’ordre d’une heure pour rattraper le déplacement de la Lune sur son orbite. En fait, ce décalage n’est pas constant, il varie entre une demi-heure – ce qui est le cas ces jours-ci – et une heure et demie. Cette variation est due à ce que l’axe de rotation de la Terre sur elle-même n’est pas perpendiculaire au plan de sa trajectoire (on appelle cela l’« obliquité de l’axe de rotation »), et au fait que la trajectoire de la Lune elle-même ne se situe pas exactement dans le plan de la trajectoire de la Terre.</p>
<h2>La Lune nous renvoie la lumière du Soleil</h2>
<figure class="align-right zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/462721/original/file-20220512-24-nq8y41.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/462721/original/file-20220512-24-nq8y41.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/462721/original/file-20220512-24-nq8y41.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=1059&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/462721/original/file-20220512-24-nq8y41.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=1059&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/462721/original/file-20220512-24-nq8y41.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=1059&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/462721/original/file-20220512-24-nq8y41.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=1331&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/462721/original/file-20220512-24-nq8y41.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=1331&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/462721/original/file-20220512-24-nq8y41.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=1331&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Cône d’ombre de la Terre et passage de la Lune dans cette zone d’ombre.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lunar_eclipse-fr.svg?uselang=fr">SuperManu</a></span>
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</figure>
<p>Venons-en à l’éclipse de Lune. S’éclipser, dans la vie quotidienne, c’est mettre un obstacle visuel entre soi et les autres, ce qui fait que nous disparaissons de leur vue. Mais la Lune procède autrement pour s’éclipser. Comme la Terre intercepte la lumière du soleil, se crée dans l’espace à l’opposé du soleil une zone d’ombre de forme conique. Or nous ne voyons que les objets qui nous envoient de la lumière. La Lune ne possédant pas de source lumineuse propre, elle nous envoie la lumière réfléchie du soleil.</p>
<p>Il suffit donc qu’elle se situe dans l’ombre de la Terre pour qu’elle cesse, en principe, d’être visible. Remarquons ici que la trace de l’ombre sur la surface lunaire est circulaire, puisque c’est l’intersection du cône d’ombre avec cette surface. D’ailleurs, quiconque, comme Aristote, interprète l’éclipse de Lune comme l’interposition de la Terre entre le soleil et la Lune en déduit immédiatement que la Terre est ronde.</p>
<p>Mais poursuivons. La veille de l’éclipse, la Lune se trouve proche de l’ombre, elle est donc à l’opposé du soleil, c’est la pleine Lune. Mais… puisque la Lune fait le tour de la Terre en 28 jours, on devrait observer une éclipse tous les 28 jours ! Ce serait vrai si les plans des trajectoires de la Lune et de la Terre étaient les mêmes. Or celui de la Lune fait un angle d’environ 5 degrés avec celui de la Terre. Par conséquent, le plus souvent, la Lune pleine « rate » l’ombre terrestre, et le nombre d’éclipses lunaires varie entre deux et cinq par an.</p>
<h2>Combien de temps dure une éclipse de Lune ?</h2>
<p>Ce 16 mai, la configuration est bonne pour observer une éclipse totale… à condition de se lever tôt : il faut être sur le pont à partir de 3h30 du matin, disons 4h pour les retardataires. Quant à la durée de l’éclipse, c’est l’intervalle de temps qu’il lui faut pour parcourir l’ombre terrestre. Cela peut être court, si la Lune attaque le bord de l’ombre, et la durée est maximale quand la Lune attaque l’ombre selon son diamètre.</p>
<p>Comme la distance Terre-Soleil est très grande devant la distance Terre-Lune, l’ombre de la Terre, à l’endroit où se situe la Lune, a la forme d’un cercle de diamètre quasiment égal au diamètre terrestre, soit environ 13000 kilomètres. La Lune décrit une trajectoire qu’on peut ici assimiler à un cercle de 380 000 kilomètres de rayon, en 28 jours, nous l’avons déjà dit. Sa vitesse horaire s’obtient en divisant le périmètre du cercle par le nombre d’heures dans 28 jours, ce qui donne environ 3500 km/h. La durée maximale d’une éclipse est donc le temps qu’il faut pour parcourir 13 000 kilomètres, soit un peu moins de 4 heures. Le 16 mai, la fin de l’éclipse aura lieu alors qu’il fera jour.</p>
<h2>D’où vient la couleur rouge de la Lune ?</h2>
<p>Dernière interrogation : pourquoi, lors de l’éclipse, la Lune prend-elle une couleur rouge-brun au lieu de disparaitre complètement ? Pour la même raison qu’un coucher de soleil, sur Terre, est rouge. Notre atmosphère diffuse la lumière du soleil dans toutes les directions, mais elle diffuse plus efficacement le bleu que le rouge. Lors d’un coucher de soleil, la lumière rasante traverse une plus grande épaisseur d’atmosphère, elle contient donc moins de bleu et plus de rouge. Vue de la surface lunaire, l’éclipse s’apparente à un coucher de soleil, car la lumière du soleil est diffusée et diffractée par son passage rasant à travers l’atmosphère terrestre, et la Lune nous renvoie une partie de cette lumière, appauvrie en bleu.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/462725/original/file-20220512-2142-ndg6i8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/462725/original/file-20220512-2142-ndg6i8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/462725/original/file-20220512-2142-ndg6i8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/462725/original/file-20220512-2142-ndg6i8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/462725/original/file-20220512-2142-ndg6i8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/462725/original/file-20220512-2142-ndg6i8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/462725/original/file-20220512-2142-ndg6i8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Éclipse de Lune de 2019 vue du Canada.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Fichier:The_January_20,_2019_total_lunar_eclipse_at_totality,_seen_from_Victoria,_Canada._(46098085654).jpg">Shayne Kaye/Wikipedia</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Il convient de bien profiter de ces événements particuliers. Car dans quelques millions d’années, ils n’auront plus lieu : la Lune, en effet, s’éloigne de la Terre inexorablement à raison de presque 4 cm par an. Viendra donc un moment où la Lune sera au-delà de la position du sommet du cône d’ombre. Au-delà, jamais plus la Terre ne fera de l’ombre à la Lune, et l’observation des éclipses ne se fera plus que dans des livres !</p>
<p>En attendant, la prochaine éclipse aura lieu le 8 novembre 2022.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/182962/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Jacques Treiner ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Vers 4h du matin dans la nuit de dimanche à lundi, la pleine lune disparaîtra dans l’ombre de la Terre. Pourquoi cela n’arrive pas tous les mois ?Jacques Treiner, Physicien théoricien, Université Paris CitéLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1797222022-04-27T18:20:13Z2022-04-27T18:20:13ZQuelle est l’origine de l’eau sur Terre ?<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/460058/original/file-20220427-24-lq51v9.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C5%2C3840%2C2149&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Illustration d'une étoile entourée d'un disque protoplanétaire.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.nasa.gov/image-feature/jpl/pia20645/protoplanetary-disk/">NASA/JPL-Caltech</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>Dans la longue quête de nos origines, du Big Bang à l’apparition de l’homme, la question de l’origine de l’eau sur Terre et dans le système solaire est un jalon essentiel car indissociable de l’origine de la vie. Les scientifiques ont donc abordé cette question sous de nombreux angles.</p>
<p>Il existe de nombreuses études sur l’eau dans les objets planétaires et autant de théories ont été proposées dans le cadre de la formation planétaire. <a href="https://www.nature.com/articles/nature08477">Une théorie</a> qui a longtemps tenu le haut du pavé voudrait que la Terre se soit formée sans eau, dans l’intérieur du système solaire, à un endroit où la température était suffisamment élevée pour que l’eau ne rentre pas dans les roches.</p>
<p>Ce serait un apport tardif par des objets riches en eau comme des comètes ou des astéroïdes hydratés qui aurait apporté une quantité d’eau suffisante pour former nos océans et l’eau qui se trouve dans le manteau de la Terre.</p>
<p>Une donnée importante pour comprendre l’origine de l’eau dans les corps planétaires est sa composition isotopique et notamment celle de l’hydrogène qui la constitue. Dans la nature, les éléments existent sous plusieurs formes qu’on appelle des isotopes et qui diffèrent par leur nombre de neutrons. Ayant le même nombre d’électrons et de protons, ils ont les mêmes propriétés chimiques, ce sont donc bien les mêmes éléments. Par contre leur masse qui est concentrée dans le noyau des atomes est portée par les protons et les neutrons. Différents isotopes d’un élément ont donc différentes masses. Certains processus dans la nature sélectionnent les isotopes en fonction de leur masse. Déterminer les proportions des différents isotopes revient donc à identifier ces processus et à tracer la source des éléments d’intérêt.</p>
<p>Beaucoup d’études et de modèles se sont donc intéressés à la <a href="https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.1064051">composition isotopique de l’hydrogène</a> qui constitue la molécule d’eau (pour mémoire, la molécule d’eau contient deux atomes d’hydrogène liés à un atome d’oxygène), c’est-à-dire les proportions d’isotope de masse 1 (atomes dont le noyau est constitué d’un seul nucléon, un proton) et d’isotope de masse 2 (atomes dont le noyau est constitué de deux nucléons, un proton + un neutron, on l’appelle le deutérium).</p>
<h2>Étudier les roches les plus anciennes du système solaire</h2>
<p>Cependant tous ces travaux se heurtent à un écueil : la composition isotopique initiale de l’hydrogène dans le système solaire est restée inconnue jusqu’à maintenant. Les scientifiques ont donc dû faire des hypothèses sur le point de départ de leurs théories en se basant sur les observations astronomiques des étoiles en formation ou des comètes longtemps considérées comme étant les corps les plus anciens du système solaire. <a href="https://www.nature.com/articles/s41550-021-01595-7">Dans notre travail</a>, récemment publié dans la revue scientifique <em>Nature Astronomy</em> nous avons cherché à déterminer la composition initiale de l’hydrogène du système solaire en étudiant en laboratoire les roches les plus anciennes du système solaire préservées dans les météorites.</p>
<p>Les étoiles et leurs planètes se forment par effondrement d’un nuage interstellaire sur lui-même. Ces derniers sont les régions de la galaxie où se concentrent le gaz et la poussière. S’étalant sur des centaines d’années-lumière, c’est dans leurs régions les plus denses qu’on appelle des cœurs denses que se forment les étoiles.</p>
<p>Lorsque le Soleil jeune s’allume, il y a 4,5 milliards d’années, la matière en train de s’effondrer va progressivement former un disque de poussière et de gaz dans lequel les planètes vont se former, c’est le disque protoplanétaire. Les inclusions réfractaires riches en calcium et aluminium des météorites primitives sont les roches les plus anciennes formées dans le système solaire, dans ses premiers 200 000 ans. Elles tirent leur nom de leur formation à haute température près du Soleil jeune avant d’être incluses dans leur météorite hôte.</p>
<p>Il s’agissait alors de poussières ayant leur histoire propre dans le disque protoplanétaire. Les datations radioactives montrent qu’il n’existe aucune roche plus ancienne dans tout le système solaire. Elles se forment à l’intérieur du disque protoplanétaire, près de l’étoile, alors que le disque est en train de croître et que la matière interstellaire continue de s’effondrer et de le nourrir. Elles nous donnent donc un enregistrement du temps zéro du système solaire.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/454701/original/file-20220328-15-al276q.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/454701/original/file-20220328-15-al276q.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/454701/original/file-20220328-15-al276q.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=399&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/454701/original/file-20220328-15-al276q.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=399&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/454701/original/file-20220328-15-al276q.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=399&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/454701/original/file-20220328-15-al276q.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/454701/original/file-20220328-15-al276q.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/454701/original/file-20220328-15-al276q.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Vue en microscopie optique d’une inclusion réfractaire à la surface de la météorite d’Allende une météorite de la même famille que la météorite d’Efremovka utilisée dans ce travail. Cette inclusion réfractaire est presque identique à celle mesurée dans notre étude. Elle est blanche à cause de l’abondance des minéraux calciques et alumineux.</span>
<span class="attribution"><span class="source">J.C. Domenech/MNHN</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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</figure>
<p>Pour nos mesures nous avons utilisé une inclusion réfractaire de la météorite d’Efremovka dont nous avions déjà étudiée l’histoire thermique par le passé et pour laquelle <a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016703718301881">nous avions montré</a> qu’elle est formée de deux objets initialement distincts : une inclusion réfractaire capturée par une autre inclusion réfractaire ! Nous nous sommes focalisés sur l’inclusion de l’intérieur (qu’on appelle le xénolithe) parce que tout processus ayant eu lieu avant la capture a nécessairement eu lieu dans le gaz lors de l’effondrement du nuage interstellaire, avant que l’inclusion ait été incorporée dans un objet plus gros. </p>
<p>Nous avons étudié sa minéralogie sur une tranche de météorite en microscopie électronique puis nous avons sélectionné 4 zones d’intérêt dans le xénolithe que nous avons extraites de la tranche et déposées sur un support ultra-propre pour l’analyse des isotopes de l’hydrogène (plus une cinquième extraite de l’inclusion hôte pour comparaison). L’instrument qui sert à mesurer les proportions des isotopes dans un échantillon est un spectromètre de masse, il sépare les isotopes en fonction de leur masse. Le spectromètre de masse que nous avons utilisé dans cette étude est conçu pour faire de l’imagerie avec une résolution spatiale de l’ordre de 1 micromètre (dans notre cas) ou moins (jusqu’à 50 nanomètres).</p>
<p>Cet instrument appelé NanoSIMS est installé dans nos locaux au Muséum national d’histoire naturelle et commercialisé par une société française, Cameca. Nous avons donc réalisé des cartes isotopiques des zones d’intérêt du xénolithe qui nous ont donné la composition isotopique de l’hydrogène piégé en très faible abondance dans ses minéraux microscopiques.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/459798/original/file-20220426-20-s5jr2r.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/459798/original/file-20220426-20-s5jr2r.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/459798/original/file-20220426-20-s5jr2r.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=1065&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/459798/original/file-20220426-20-s5jr2r.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=1065&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/459798/original/file-20220426-20-s5jr2r.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=1065&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/459798/original/file-20220426-20-s5jr2r.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=1338&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/459798/original/file-20220426-20-s5jr2r.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=1338&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/459798/original/file-20220426-20-s5jr2r.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=1338&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Vue de profil du NanoSIMS installé au Muséum national d’histoire naturelle, à Paris.</span>
<span class="attribution"><span class="source">J. Aléon/MNHN</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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</figure>
<p>Ces cartes ont révélé deux compositions isotopiques différentes. Dans un premier groupe de minéraux formés par condensation (passage direct d’un gaz à un solide) à partir du gaz solaire, nous avons trouvé une composition isotopique en bon accord avec le piégeage d’un peu d’hydrogène issu de gaz solaire contenant très peu de deutérium. Dans un second groupe de minéraux formés par oxydation des premiers, nous avons trouvé une composition isotopique plus riche en deutérium et dont les proportions isotopiques sont identiques à celle que l’on trouve dans l’eau terrestre. Cela implique qu’avant la capture du xénolithe ce dernier s’était initialement formé dans un gaz contenant très peu de deutérium puis avait été mis en présence d’un gaz enrichi en vapeur d’eau, une vapeur d’eau similaire à celle de la Terre.</p>
<h2>De l’eau présente dès la formation de la Terre</h2>
<p>Quelle peut donc être l’origine de ces deux types de gaz qui ont co-existé dans les régions internes du système solaire jeune ? Dans les nuages interstellaires à l’origine des systèmes planétaires, l’hydrogène est principalement réparti entre deux composants. Le premier est le gaz H2, le dihydrogène (que l’on appelle parfois hydrogène plus simplement, même si cela peut induire une confusion avec l’atome d’hydrogène). Très abondant, H2 contient quasiment tous les atomes d’hydrogène mais très peu de deutérium, c’est lui qui est à l’origine de l’essentiel du gaz qui a formé le système solaire, le gaz solaire. Le second composant, très peu abondant, ne correspond qu’à une toute petite partie de l’hydrogène et est sous forme de glace et notamment de glace d’eau formée à très basse température dans les nuages interstellaires. </p>
<p>À cause de ces très basses températures, cette eau interstellaire est très riche en deutérium. Nous avons donc proposé que la composition terrestre intermédiaire entre ces deux composants résulte de la vaporisation d’un excès de glaces interstellaires apportées lors de l’effondrement du nuage interstellaire parent du système solaire directement dans les régions internes chaudes où se forment les inclusions réfractaires, dès le début de l’effondrement du nuage interstellaire et de la formation du disque protoplanétaire.</p>
<p>Ces résultats impliquent que dans le gaz dans lequel se sont formées les briques des planètes telluriques et notamment celles de la Terre, il y avait déjà une vapeur d’eau ayant la bonne composition isotopique pour expliquer l’origine de l’eau sur Terre. Puisque les isotopes permettent de tracer la source des éléments, les premiers petits corps à l’origine des planètes qu’on appelle les planétésimaux et qui se sont formés dans ce gaz ont donc tout à fait pu incorporer de l’eau lors de leur formation sans qu’il soit besoin d’en apporter tardivement d’un autre endroit du système solaire. </p>
<p>Cette conclusion est en bon accord avec l’observation que l’eau de beaucoup d’objets planétaires possède cette composition : bon nombre de météorites astéroïdales, y compris celles issues de Vesta, y compris les chondrites à enstatite qui sont peut-être les restes des briques de la Terre, ainsi qu’un certain nombre de comètes et probablement aussi le manteau martien. Bien que l’histoire géologique et atmosphérique de Mars rende difficile la détermination de la composition primordiale du manteau martien, il existe un certain nombre de données montrant une composition isotopique de H similaire à celle de l’eau terrestre.</p>
<p>Si nos résultats montrent l’existence très précoce d’une vapeur d’eau pouvant expliquer l’origine de l’eau sur Terre, ils ne donnent par contre pas de contraintes sur la quantité d’eau ayant été incorporé à ce stade dans les briques de la Terre. L’étude des météorites et des matériaux très anciens du système solaire renseigne sur le matériau disponible au départ. C’est plutôt l’étude de la quantité d’eau qui peut être stockée dans les minéraux du manteau profond de la Terre par des expériences à très haute pression qui donnera plus de contraintes sur la quantité d’eau incorporée aux différents stades de formation de la Terre. Sur la base des météorites, on peut dire qu’il y avait tout ce qu’il faut dès le tout début de la formation de notre planète.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/179722/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Jérôme Aléon a reçu des financements de CNRS, MNHN, MESRI, CNES, Région Ile-de-France.</span></em></p>L’eau est l’élément indispensable à la vie sur notre planète. Connaître son origine est donc primordial.Jérôme Aléon, Chargé de Recherches CNRS, spécialisé dans l'étude des météorites primitives, Muséum national d’histoire naturelle (MNHN)Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1808922022-04-25T21:27:58Z2022-04-25T21:27:58ZOrigine du système solaire et protection de la terre : à l’assaut des astéroïdes<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/456865/original/file-20220407-24-b6c24.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C0%2C4764%2C2700&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">La sonde DART (NASA) et le LICIACube (ASI) avant l'impact sur l'astéroide binaire Didymos (vue d'artiste).
</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/dart_header_2.jpg">NASA/Johns Hopkins, APL/Steve Gribben</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/">CC BY-NC</a></span></figcaption></figure><p>Les astéroïdes, ces bouts de planètes en orbite dans le système solaire, nous fascinent et nous effraient depuis la nuit des temps. Bien que probablement à l’origine de la <a href="https://theconversation.com/avant-la-chute-de-lastero-de-qui-a-cause-leur-extinction-les-especes-de-dinosaures-etaient-deja-sur-le-declin-163547">disparition des dinosaures</a>, ils sont surtout des témoins essentiels de la formation du système solaire. Ils recèlent de grands secrets sur la genèse de notre planète et sur l’apparition de la vie.</p>
<p>L’exploration des astéroïdes est très récente : pendant très longtemps, les seules informations que nous pouvions glaner provenaient de la quantité infinitésimale de matière arrivant sur terre via les météorites. Les missions destinées à sonder ces petits corps célestes font désormais l’actualité scientifique. Les objectifs de ces explorations sont nombreux, mais elles présentent des défis techniques particuliers qui en font tout l’attrait pour ceux qui y participent.</p>
<h2>Astéroïdes, quézaco ?</h2>
<p>Commençons par un petit portrait de cette famille très particulière. <a href="https://theconversation.com/lucas-8-ans-comment-sont-faits-les-astero-des-108787">Les astéroïdes</a> sont de petits corps célestes inertes qui orbitent autour du soleil. Ils sont composés essentiellement de roches et de métaux. Proches des comètes, ces dernières se distinguent par la présence importante de glace et d’une traîne caractéristique.</p>
<figure class="align-right zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/456818/original/file-20220407-14-e65ddu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/456818/original/file-20220407-14-e65ddu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/456818/original/file-20220407-14-e65ddu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=637&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/456818/original/file-20220407-14-e65ddu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=637&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/456818/original/file-20220407-14-e65ddu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=637&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/456818/original/file-20220407-14-e65ddu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=801&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/456818/original/file-20220407-14-e65ddu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=801&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/456818/original/file-20220407-14-e65ddu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=801&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Schéma du Système solaire interne, jusqu’à l’orbite de Jupiter, faisant apparaître les orbites des planètes internes et la position approximative du cœur de la ceinture d’astéroïdes ; les astéroïdes troyens sont également représentés.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Asteroid_Belt-fr.svg">NASA/Wikimedia</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>La majorité des astéroïdes se situe dans la ceinture principale d’astéroïdes, entre Mars et Jupiter. Quelques astéroïdes « dissidents » quant à eux croisent l’orbite de la Terre, d’où leur nom de géocroiseurs. Une autre petite population d’astéroïdes nommés en référence aux héros de la guerre de Troie, les astéroïdes troyens, a élu domicile sur l’orbite de Jupiter. Enfin, la dernière population évolue au-delà de l’orbite de Neptune, au sein de ce qu’on appelle la ceinture de Kuiper.</p>
<p>Le premier astéroïde (Cérès) est découvert par erreur au début du 19e siècle. Initialement nommés « petites planètes », de nombreux astéroïdes sont découverts au cours des deux siècles suivants, grâce à des observations par télescope depuis la Terre. Cependant, les astéroïdes intéressent peu les missions d’exploration internationales : sauf de rares exceptions, il faut attendre la fin des années 90 pour que des missions leur soient dédiées. Il s’agit d’ailleurs plutôt de survols opportunistes et courts durant un voyage vers d’autres objets : la sonde Rosetta filant vers la comète Churuymov-Gerasimenko a ainsi survolé deux astéroïdes.</p>
<h2>Comprendre la formation du système solaire</h2>
<p>Depuis peu, des missions spatiales sont spécialement définies pour étudier certains astéroïdes. Elles ciblent en priorité les astéroïdes carbonés de type primordiaux, considérés comme des témoins de la formation du système solaire… mais également des débuts de la vie sur Terre, que les astéroïdes pourraient avoir ensemencée.</p>
<p>Ainsi, les missions japonaises Hayabusa puis <a href="https://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/">Hayabusa 2</a> s’intéressent particulièrement aux origines de l’eau et de la vie sur Terre. L’astéroïde Ryugu a ainsi été sondé afin de rapporter sur Terre (fin 2020) des <a href="https://theconversation.com/retour-de-la-sonde-hayabusa-2-sur-terre-de-la-poussiere-dastero-de-plein-les-yeux-145144">échantillons de matière carbonée et hydratée</a>, pour la première fois de l’histoire. Des analyses poussées menées dans de nombreux laboratoires internationaux permettront bientôt de percer une partie des secrets de la formation du système solaire.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="Petits cailloux gris, d’une taille inférieur à 5mm pour les plus gros." src="https://images.theconversation.com/files/456819/original/file-20220407-20-nvl423.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/456819/original/file-20220407-20-nvl423.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=596&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/456819/original/file-20220407-20-nvl423.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=596&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/456819/original/file-20220407-20-nvl423.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=596&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/456819/original/file-20220407-20-nvl423.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=749&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/456819/original/file-20220407-20-nvl423.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=749&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/456819/original/file-20220407-20-nvl423.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=749&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Particules rapportées par la mission Hayabusa2.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/topics/20201225_samples/img/fig6.png">JAXA</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/">CC BY-NC</a></span>
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</figure>
<p>La mission américaine <a href="https://www.asteroidmission.org/">Osiris-Rex</a> jumelée à Hayabusa2 est une mission similaire de collecte d’échantillon sur un astéroïde carboné. Les deux missions et la communauté scientifique internationale fonctionnent d’ailleurs en étroite collaboration et les défis rencontrés sont affrontés ensemble.</p>
<p>Cet objectif de compréhension de la formation du système solaire est également partagé par la mission américaine <a href="http://lucy.swri.edu/">Lucy</a>, lancée le 16 octobre 2021 et désormais en route vers les astéroïdes troyens pour une mission de plus de 10 ans. Il est prévu d’étudier 6 astéroïdes (dont un double), afin de confirmer ou d’amender la théorie du <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Mod%C3%A8le_de_Nice">modèle de Nice</a>. Ce scénario décrivant la formation et l’évolution du Système solaire explique notamment le bombardement massif tardif de la Lune ainsi que la formation de la ceinture de Kuiper par une réorganisation majeure du système solaire, et notamment le déplacement des planètes géantes.</p>
<h2>Les missions de défense planétaire</h2>
<p>Si on considère que des activités minières de matériaux rares sur les astéroïdes sont pour l’instant utopiques et éthiquement discutables, il reste un autre intérêt majeur à l’étude des astéroïdes : la défense planétaire.</p>
<p>Depuis plusieurs années, les agences spatiales planchent sur des <a href="https://theconversation.com/alerte-extinction-comment-sauver-le-monde-dun-astero-de-mortel-65116">solutions à envisager</a> si, à l’avenir, un astéroïde géocroiseur devenait un risque pour la Terre. Les humains ont les moyens de ne pas devenir les prochains dinosaures et nous sommes loin d’un scénario à la Armageddon. En effet, il est désormais possible de prédire les orbites des astéroïdes les plus dangereux. En cas de risque avéré, les agences spatiales auront le temps d’étudier les meilleures solutions techniques sans intervention humaine kamikaze. Il faut rappeler que le risque à l’échelle d’une vie est quasi-négligeable, il s’agit surtout d’anticiper et d’améliorer des modèles physiques afin d’être prêts en cas de besoin.</p>
<p>La <a href="https://www.nasa.gov/specials/pdco/index.html#dart">sonde DART</a> a ainsi été lancée par la NASA le 24 novembre dernier. Après une phase d’observation, elle ira s’écraser volontairement à la surface du petit astéroïde Dimorphos en orbite autour de l’astéroïde Didymos fin septembre 2022. L’objectif de cette mission est d’évaluer la modification de l’orbite de l’astéroïde causée par cet impact, afin d’améliorer et de dimensionner d’éventuelles futures missions de déviation d’objets par impacteur cinétique.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/456870/original/file-20220407-19-nypdth.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="Le petit astéroide Dimorphos orbite d’un plus gros. Les deux orbites avant et après collision avec la sonde DART sont indiquées, la seconde étant un peu plus resserrée." src="https://images.theconversation.com/files/456870/original/file-20220407-19-nypdth.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/456870/original/file-20220407-19-nypdth.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=351&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/456870/original/file-20220407-19-nypdth.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=351&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/456870/original/file-20220407-19-nypdth.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=351&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/456870/original/file-20220407-19-nypdth.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=441&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/456870/original/file-20220407-19-nypdth.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=441&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/456870/original/file-20220407-19-nypdth.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=441&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">La sonde DART doit percuter l’astéroïde Dimorphos (ici noté Didymos2) afin de changer son orbite.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.esa.int/Safety_Security/Hera/DART">NASA/Johns Hopkins APL</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/">CC BY-NC</a></span>
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<p>Cette mission américaine fait partie d’un programme plus vaste auquel participent l’Europe et la France. En effet, la mission-partenaire <a href="https://www.esa.int/Space_in_Member_States/France/Les_defenseurs_planetaires_la_mission_Hera_de_l_ESA_suivra_la_mission_DART_de_la_NASA">HERA</a> de l’Agence spatiale européenne (ESA) sera lancée en 2024. Elle aura pour but d’étudier Didymos et Dimorphos sous toutes les coutures après l’impact de DART, afin de compléter les mesures qui seront prises depuis la Terre avant, pendant et après l’impact.</p>
<h2>Les défis techniques de l’exploration des astéroïdes</h2>
<p>Les astéroïdes présentent un défi technique permanent pour les équipes qui les préparent. Ce sont ces défis ainsi que les informations précieuses qu’ils peuvent nous apporter qui font le sel de cette exploration particulière.</p>
<p>Leur faible gravité est une alliée précieuse, car elle permet de récolter des échantillons de matière extraterrestre et de les rapporter sur Terre sans se heurter au problème épineux de l’extraction de la gravité du corps visité. Un exploit que nous sommes encore loin de pouvoir réaliser avec des échantillons de planètes : aucun échantillon n’a par exemple été rapporté de Mars, les chercheurs devant se contenter d’analyses réalisées sur place par des robots moins puissants que ceux disponibles dans les laboratoires terrestres).</p>
<p>Néanmoins, cet avantage d’une gravité faible s’accompagne de nombreux défis à relever. En effet, cela rend impossible de se placer réellement en orbite pour observer le corps céleste. Il faut donc prévoir de nombreuses manœuvres parfois complexes et coûteuses en carburant pendant les phases d’approche, d’observation et de cartographie à distance. De même, il est très difficile de se poser à la surface et d’y rester ancré.</p>
<p>L’atterrissage est alors très compliqué à préparer, d’autant plus que le site d’atterrissage est sélectionné tardivement car l’astéroïde visé est par définition mal connu (forme et gravité, aspect de la surface, composition, densité…). Il est donc impossible de prévoir en détail les opérations et il s’agit souvent d’émettre des hypothèses et de déterminer des probabilités d’action… en tenant compte des imprévus qui ne manquent pas de se présenter.</p>
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<img alt="Superposition de multiples images en noir et blan montrant un sol parsemé de roches et de cailloux." src="https://images.theconversation.com/files/456882/original/file-20220407-14-uxes2t.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/456882/original/file-20220407-14-uxes2t.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=358&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/456882/original/file-20220407-14-uxes2t.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=358&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/456882/original/file-20220407-14-uxes2t.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=358&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/456882/original/file-20220407-14-uxes2t.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=450&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/456882/original/file-20220407-14-uxes2t.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=450&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/456882/original/file-20220407-14-uxes2t.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=450&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Photographie composite de la surface de l’astéroïde Bennu, pris lors de son survol par la sonde OSIRIS-REx.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/nasamarshall/49984874981">NASA’s Marshall Space Flight Center/flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/">CC BY-NC</a></span>
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</figure>
<p>Une autre caractéristique de ces missions vers des destinations très lointaines est une durée de préparation et de croisière très longue. Ainsi, le satellite Lucy mettra plus de 6 ans à atteindre les astéroïdes troyens et la mission Hayabusa2 est repartie pour un trajet de 10 ans avant d’atteindre l’astéroïde sélectionné pour la prolongation de sa mission. Cela demande une implication des équipes au sol sur le long terme, ce qui présente un défi humain considérable. Heureusement, cette croisière est souvent utilisée pour finir de mettre au point les logiciels embarqués à bord du satellite, les outils sur Terre nécessaires aux opérations à destination et pour entraîner les équipes. </p>
<p>Enfin, la grande distance de l’objet par rapport à la Terre augmente le temps de trajet du signal (souvent supérieur à la demi-heure) et impose l’utilisation de relais de communication. Les interactions avec Terres sont alors réduites, et les décisions en cas d’imprévus doivent être prises rapidement et avec peu de données, comme cela a été le cas pour <a href="https://theconversation.com/avec-mars-une-nouvelle-ere-pour-la-recherche-dechantillons-extraterrestres-153265">l’atterrisseur franco-allemand MASCOT à la surface de Ryugu en octobre 2018</a>.</p>
<p>La part d’imprévu, de mystère et de risque inhérente à ces opérations d’exploration d’astéroïdes fait souvent partie des motivations profondes de la communauté technique et scientifique impliquée. Les nombreux atouts à la fois scientifiques et techniques de ces petits objets, laissés pour compte de la formation du système solaire, sont à l’origine de l’engouement actuel pour ces missions spatiales qui restent malgré tout peu coûteuses. L’évolution très rapide des technologies permet désormais d’envisager des missions encore plus lointaines, ouvrant de nouvelles perspectives d’exploration d’astéroïdes voire de comètes.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/180892/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Aurelie Moussi-Soffys ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>De plus en plus de missions spatiales ciblent les astéroïdes. Parmi leurs buts : mieux comprendre la formation du système solaire et déterminer comment les repousser.Aurelie Moussi-Soffys, Cheffe de projet Hayabusa2-MASCOT, Centre national d’études spatiales (CNES)Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1801502022-03-29T19:28:24Z2022-03-29T19:28:24ZGabriel : « Qu’est-ce qu’il y a à l’intérieur et au fond d’un trou noir ? »<p>Certainement rien. Du vide, rien que du vide. Mais que se passe-t-il si un quelque chose tombe dans le trou noir ? Y a-t-il quelque chose de plus à l’intérieur du trou ? Eh bien non. C’est là que le mystère s’épaissit : cela ne fait rien de plus à l’intérieur, car à l’intérieur il y a toujours le vide. Mais comment est-ce possible ? C’est que les trous noirs ont bien des secrets…</p>
<p>Imaginons un spationaute perdu… Il a enlevé son pilotage automatique et il fait aller sa fusée droit vers un des plus gros trous noirs jamais vus, un qui ferait la taille du système solaire. Il fonce doit dessus, heureux, et il s’éloigne de vous et vous le voyez à travers le hublot sautiller de joie.</p>
<p>Au fur et à mesure qu’il s’approche du trou noir, vous voyez changer sa couleur, plus orangée, rouge, rouge sombre, et vous le voyez sautiller de moins en moins vite. Vous conservez longtemps cette image figée où il semble être en lévitation au-dessus du sol, au moment où il a disparu à jamais derrière l’horizon du trou noir. Car si le trou noir ne possède pas de surface, il possède un horizon, dénommé ainsi car rien de ce qui se passe au-delà n’est visible.</p>
<p>Lui, à bord de sa fusée n’a rien senti de spécial en passant l’horizon et il continue de danser sur place devant le hublot. Il va bientôt commencer à sentir qu’il est entraîné trop vite, il retourne sa fusée et met les gaz à fond pour sortir du piège, et passe en vitesse lumière, mais elle ne peut pas lutter contre la chute.</p>
<p>Puis il va commencer à être étiré mais vraiment étiré, pire qu’un spaghetti. Car ses pieds veulent aller plus vite vers le centre que sa tête. Ça commence à faire très mal, et il a le temps de comprendre qu’il va finir disloqué – au moment où sa fusée craque. Il a raison : c’est bien ce qui arrive.</p>
<p>Toute la matière est attirée vers le centre sous l’effet d’une gravité d’une puissance dont on n’a pas idée, qui étire et disloque tout. Que se passe-t-il quand la matière arrive au centre du trou noir ? C’est la fin du voyage, c’est la fin de tout, même du temps, et c’est là que nos connaissances s’arrêtent, elles aussi.</p>
<p>Car la théorie – que l’on doit à Albert Einstein – qui était valable jusque-là, et permettait de faire les calculs sur lesquels cette histoire farfelue du spationaute perdu repose, devient fausse : vous ne pouvez plus tendre le bras ni rien, l’espace est complètement rabougri sur lui-même. C’est ce qui a été appelé la singularité du trou noir. L’énergie de la matière en chute libre vers elle devient infinie, et le temps cesse d’exister. Comme l’infini dans la nature, ça n’existe pas, on en déduit une chose, c’est qu’on ne sait pas. On pense que toute matière ordinaire a disparu.</p>
<p>Dans le trou noir, il n’y a donc pas, après cette aventure, une fusée et un spationaute égaré de plus. Il y a toujours le vide. Mais une chose a changé : la masse du trou noir a augmenté car la masse de la fusée et de son infortuné pilote s’y est ajoutée. Et sa taille aussi a augmenté, car la taille d’un trou noir est proportionnelle à sa masse (ça, c’est étrange !). Toujours est-il qu’il n’y a pas de matière en plus à l’intérieur, mais l’horizon est plus grand.</p>
<p>Un conseil : comme un trou noir de la masse du Soleil a un rayon d’environ 3 kilomètres, un trou noir qui fait la taille du système solaire comme celui considéré plus haut a un rayon de 10 milliards de kilomètres une masse d’environ 3 milliards de fois la masse du soleil. Pour ce genre de trous noirs, les effets d’étirement de la gravité ne se font vraiment sentir qu’une fois dans le trou noir (on les appelle « effets de marée »). Pour les trous noirs plus petits qui ont une masse de l’ordre de celle d’une étoile, on les sent bien avant de rentrer dedans. Mon conseil : ne vous approchez pas de ces trous noirs là.</p>
<p>Récemment, Olivier Minazzoli a trouvé une nouvelle théorie de la gravité, qu’il appelle « relativité intriquée », et qui semble mieux correspondre aux intuitions d’Einstein lui-même sur la nature. Cette nouvelle théorie est identique à celle d’Einstein pour le système solaire. Mais pour les trous noirs, au niveau de la singularité, elle prédit que la gravité pourrait devenir répulsive.</p>
<p>Le scénario ci-dessus pourrait donc être un peu différent sur la fin. Mystère…</p>
<hr>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/251779/original/file-20181220-103676-bvxzth.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption"></span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.dianerottner.com/">Diane Rottner</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span>
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<p><em>Si toi aussi tu as une question, demande à tes parents d’envoyer un mail à : <a href="mailto:tcjunior@theconversation.fr">tcjunior@theconversation.fr</a>. Nous trouverons un·e scientifique pour te répondre</em>.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/180150/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Gilles Bogaert ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Tentons de voir ce qu’il se passerait si on rentrait dans un trou noir avec une fusée.Gilles Bogaert, Physicien CNRS et historien des sciences, Université Côte d’AzurLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1710742022-01-23T17:32:27Z2022-01-23T17:32:27ZL’astronomie multi-messagers, croiser les informations pour mieux appréhender l’univers<p>Historiquement, c’est la lumière visible qui a permis d’observer le ciel, d’abord à l’œil nu puis avec un télescope. Plus récemment, les radiotélescopes et les détecteurs de rayons X et gamma installés sur des satellites ont enrichi notre compréhension de l’univers.</p>
<p>Les instruments ont beaucoup évolué et se sont largement diversifiés afin de collecter les informations les plus variées possible. Mais <em>in fine</em>, c’est le même objet physique qui est observé : le photon. C’est la particule qui transporte la lumière que l’on voit, mais aussi les rayons X des radios, lorsqu’ils sont de plus haute énergie, ou encore les micro-ondes avec lesquels on réchauffe les plats de la veille. C’est le grand changement que connaît l’astronomie depuis quelques années.</p>
<p>En effet, il est désormais possible d’observer des sources astrophysiques par le biais d’autres signaux, apportant des informations nouvelles, inaccessibles par les seules ondes électromagnétiques.</p>
<h2>4 « messagers » pour étudier l’univers</h2>
<p>À ce jour, quatre « messagers » sont disponibles pour étudier l’univers :</p>
<ul>
<li><p>les photons</p></li>
<li><p>Les neutrinos : des particules neutres produites lors de réactions nucléaires, particulièrement difficiles à observer à cause de leur très faible interaction avec la matière. Les expériences ANTARES et IceCube recherchent les émissions astrophysiques de neutrinos très énergétiques.</p></li>
<li><p>Les rayons cosmiques : des particules chargées accélérées par des « accélérateurs cosmiques » jusqu’à des énergies bien supérieures au meilleur accélérateur de particules : le LHC du CERN. Ils sont détectés au sol, entre autres, par les expériences HESS, Pierre Auger et bientôt CTA.</p></li>
<li><p>Les ondes gravitationnelles : des vibrations de l’espace-temps produites lorsqu’un objet massif est accéléré. Trois instruments détectent ces signaux depuis quelques années : les deux détecteurs Ligo construits aux États-Unis et Virgo en Italie.</p></li>
</ul>
<p>Observer une même source astrophysique via au moins deux messagers permet d’avoir une vision plus complète des mécanismes physiques en jeu. Cette perspective constitue la motivation première de ce que l’on appelle l’astronomie multi-messagers.</p>
<h2>Les débuts de l’astronomie multi-messagers</h2>
<p>La toute première observation multi-messagers a eu lieu en 1987, lorsqu’une étoile située dans une petite galaxie satellite de la Voie lactée a explosé en une supernova très brillante, observée à la fois par les télescopes optiques classiques et par des détecteurs de neutrinos.</p>
<p>Ces particules ont été émises en très grand nombre, quelques heures avant l’explosion, lorsque l’étoile en fin de vie, devenue incapable de résister à la gravité induite par sa propre masse, s’est effondrée sur elle-même.</p>
<p><div data-react-class="Tweet" data-react-props="{"tweetId":"1464608006134538244"}"></div></p>
<p>Mais si l’événement a marqué l’histoire de l’astrophysique, c’est grâce à la proximité de l’explosion (à l’échelle de l’univers). Si les supernovae sont assez courantes dans l’univers – plusieurs sont découvertes chaque semaine – il faut que l’étoile qui explose soit dans notre galaxie ou son proche voisinage pour que les neutrinos soient détectables.</p>
<p>On estime qu’une supernova ne se produit qu’une à deux fois par siècle dans la Voie lactée, ce qui limite drastiquement le nombre d’observations. C’est la difficulté majeure de l’astronomie multi-messagers : il faut que chacun des messagers soit détectable sur Terre, ce qui exige des détecteurs particulièrement sensibles. C’est pourquoi les études en la matière n’ont émergé que récemment.</p>
<h2>Onde gravitationnelle, sursaut gamma et kilonova</h2>
<p>C’est à l’été 2017 que tout change pour l’astronomie multi-messager.</p>
<p>Il y a un peu plus de cent millions d’années, après une très longue danse, les restes de deux étoiles massives, appelées étoiles à neutrons, ont fusionné en émettant une onde gravitationnelle. Celle-ci s’est alors propagée jusqu’à nous, pour être finalement détectée le 17 août 2017 par Ligo et Virgo.</p>
<p>Lors de la collision, deux autres phénomènes se sont produits. D’une part l’émission d’un jet étroit et symétrique de rayons gamma, des photons de très haute énergie, appelé « sursaut gamma ». Il est arrivé sur Terre deux secondes après les ondes gravitationnelles et a été détecté par les satellites Fermi et Integral.</p>
<p>D’autre part, une fraction de la matière constituant les étoiles à neutrons a été éjectée sous forme de noyaux atomiques lourds. Ceux-ci, après avoir été rendus instables par la capture des neutrons projetés par la fusion, se désintègrent par radioactivité, ce qui chauffe le milieu environnant. Provoquant l’émission d’une lumière bleue lors des deux à trois premiers jours suivant la collision, puis rouge lorsque le milieu refroidit.</p>
<p>Ce deuxième phénomène, appelé kilonova, a été détecté une dizaine d’heures après l’onde gravitationnelle par le télescope terrestre Swope, déclenchant la plus grande campagne de suivi astronomique de l’histoire, impliquant près de 70 observatoires. Pendant plusieurs semaines, la communauté des astronomes a été en ébullition et la moisson de résultats a été colossale.</p>
<h2>Grandma, réseau international de télescopes</h2>
<p>À la fin de l’été 2017, les collaborations Ligo et Virgo arrêtent leurs observations afin d’améliorer leurs instruments et de les rendre encore plus sensibles.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/437911/original/file-20211215-21-ajjy8c.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/437911/original/file-20211215-21-ajjy8c.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/437911/original/file-20211215-21-ajjy8c.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=852&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/437911/original/file-20211215-21-ajjy8c.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=852&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/437911/original/file-20211215-21-ajjy8c.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=852&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/437911/original/file-20211215-21-ajjy8c.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=1070&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/437911/original/file-20211215-21-ajjy8c.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=1070&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/437911/original/file-20211215-21-ajjy8c.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=1070&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Représentation temps-fréquence du signal de l’onde gravitationnelle détectée le 17 août 2017 par Ligo et Virgo. Le signal, appelé « chirp », est visible dans les détecteurs Ligo-Handford (en haut), Livingstone (au milieu), mais pas dans Virgo (en bas). Sa forme est caractéristique d’une fusion d’astres très dense.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Collaboration Ligo et Virgo</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Ce faisant, les ondes gravitationnelles deviennent d’excellentes candidates pour des observations multi-messagers régulières, puisque pour la prise de données suivante nommée « O3 », prévue pour la période d’avril 2019 à mars 2020, entre une et dix nouvelles fusions d’étoiles à neutrons sont attendues.</p>
<p>Cependant, pour maximiser les chances d’une nouvelle observation, il a fallu que les astronomes se préparent largement en amont de O3.</p>
<p>Détecter une nouvelle kilonova pose en effet deux problèmes majeurs : d’une part, pour des raisons liées à la fois aux détecteurs et à la manière dont sont analysées les données qu’ils produisent, il est difficile d’obtenir précisément l’endroit du ciel d’où la source émet l’onde, ce qui complique beaucoup la découverte d’une kilonova.</p>
<p>D’autre part, il faut la trouver dans les heures suivant la détection de l’onde gravitationnelle afin de comprendre les processus physiques à l’œuvre et affiner le plus possible les modèles décrivant les collisions d’étoiles à neutrons.</p>
<p>C’est pourquoi, en 2018, des télescopes du monde entier ont mis en commun une partie de leurs ressources afin de créer le réseau Grandma, capable d’observer à tout moment de grandes portions du ciel, répondant ainsi aux deux problèmes.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/435339/original/file-20211202-13-1a8ndjh.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/435339/original/file-20211202-13-1a8ndjh.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/435339/original/file-20211202-13-1a8ndjh.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=641&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/435339/original/file-20211202-13-1a8ndjh.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=641&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/435339/original/file-20211202-13-1a8ndjh.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=641&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/435339/original/file-20211202-13-1a8ndjh.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=805&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/435339/original/file-20211202-13-1a8ndjh.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=805&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/435339/original/file-20211202-13-1a8ndjh.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=805&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">La kilonova associée à l’événement GW170817 observée par le télescope Hubble. L’image en bas à gauche est la kilonova observée le 22 août 2017, cinq jours après sa découverte, les images suivantes ont été prises quelques jours après, et il est clairement visible que le phénomène faiblit.</span>
<span class="attribution"><span class="source">NASA and ESA : A. Levan (U. Warwick), N. Tanvir (U. Leicester), and A. Fruchter and O. Fox (STScI)</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>Fusion d’une étoile à neutrons et d’un trou noir</h2>
<p>La campagne O3 a été très riche du point de vue des ondes gravitationnelles : au moins une nouvelle fusion d’étoiles à neutrons, malheureusement trop loin de la Terre et trop mal localisée dans le ciel pour y associer une kilonova ou un sursaut gamma avec certitude. Il y eut aussi la première observation de la fusion d’une étoile à neutrons et d’un trou noir, pour lesquels on peut aussi espérer observer une kilonova.</p>
<p>Pendant cette année d’observations, un signal d’onde gravitationnelle était détecté en moyenne chaque semaine, et Grandma a suivi la plupart d’entre eux avec ses télescopes.</p>
<p>Malgré cela, aucune contrepartie électromagnétique n’a été trouvée, ni par Grandma, ni par d’autres équipes.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/435340/original/file-20211202-15-1afa2ar.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/435340/original/file-20211202-15-1afa2ar.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/435340/original/file-20211202-15-1afa2ar.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=334&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/435340/original/file-20211202-15-1afa2ar.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=334&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/435340/original/file-20211202-15-1afa2ar.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=334&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/435340/original/file-20211202-15-1afa2ar.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=420&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/435340/original/file-20211202-15-1afa2ar.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=420&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/435340/original/file-20211202-15-1afa2ar.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=420&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Grandma, un réseau de télescopes mondial. Chacun des points sur la carte indique un télescope utilisé pendant O3.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Collaboration Grandma</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>Perspectives pour les prochaines années</h2>
<p>À l’heure actuelle, les collaborations Ligo et Virgo améliorent leurs détecteurs et préparent la campagne O4 d’observation des ondes gravitationnelles, laquelle promet d’être particulièrement intense puisque les estimations actuelles sont autour d’une détection d’onde gravitationnelle par jour, contre seulement une par semaine pendant O3. L’un des gros enjeux sera donc de ne sélectionner et de ne suivre que les plus événements les plus susceptibles de produire une kilonova ou un sursaut gamma.</p>
<p>Par ailleurs, beaucoup de télescopes, notamment ceux de Grandma, ont été améliorés à la lumière des résultats de O3 afin d’augmenter les chances de détection de kilonova. Le début de la campagne O4 est prévu pour le second semestre 2022.</p>
<p>Un peu plus tard cette même année, l’Observatoire Vera Rubin, un télescope de plus de 8 mètres de diamètre, fera ses premières observations du ciel à la recherche d’objets et de phénomènes astrophysiques transitoires. Et parmi ses découvertes, les astronomes espèrent trouver quelques kilonovae.</p>
<p>L’ère de l’astronomie multi-messagers ne fait que débuter… et elle s’annonce rayonnante !</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/171074/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Dans le cadre de mon doctorat je travaille dans les collaborations GRANDMA, LIGO et Virgo mentionnées dans cet article.</span></em></p>Depuis quelques années, l’astronomie est en mesure d’étudier l’univers à travers quatre biais différents, ce qui permet de compléter notre vision des mécanismes physiques en jeu.Pierre-Alexandre Duverne, Doctorant en astronomie multi-messagers, Université Paris-SaclayLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1736802021-12-23T20:07:04Z2021-12-23T20:07:04ZDossier : Le James Webb Space Telescope, l’avenir de l’astronomie dans l’espace<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/438793/original/file-20211222-49721-1gw9pip.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C0%2C2093%2C1496&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Les miroirs du James Webb Space Telescope, en plein test de résistance au froid.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/8053750888/in/photolist-dgFzxW-eFFxiA-J9HNCY-CDhS2r-2maQGLG-2maUoxN-2maRGna-2maLV46-2mAPmVu-2jkUzYg-Nnc7JL-Cu5JDG-C5MyyK-U5f1a6-ZxnTd9-Cu5JFA-2jvE1P4-DEEa9n-2mRZoFN-26KXKYS-2mS3ECJ-xLdvDb-GJ2Tqd-2jvCY7m-QjmnZo-Rn2VtV-2mjpCo6-2jvCT8J-2jcwUG5-FXztkY-H5i6TR-2mRTWJ1-SWogEx-e253yF-PKmL-PKn2-2jkREXN-MbWDdK-dgZrbH-2jvYaP6-2mjsazS-ECZnvq-2jQ9xsp-Rjgoou-axwQBC-TjRfAN-2jQ47y7-hKWj3n-2mFY4gZ-y8xb2J">Ball Aerospace/NASA's James Webb Space Telescope/flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span></figcaption></figure><p>Envoyer un télescope géant dans l’espace, à 1,5 million de kilomètres de la Terre, pour sonder le cosmos avec une résolution jamais atteinte et tenter de répondre à des questions quasiment métaphysiques – comment se sont formées les galaxies et donc notre monde ? D’autres planètes dans l’Univers pourraient-elles avoir connu des conditions favorables à l’émergence d’une forme de vie ? </p>
<p>Voilà la mission de plus de 1200 scientifiques à travers le monde, qui planchent depuis une trentaine d’années sur le James Webb Space Telescope et ses instruments.</p>
<p>Plusieurs fois retardé, le <a href="https://jwst.nasa.gov/content/about/launch.html">lancement</a> a été effectué le 25 décembre 2021, à 13h20 heure de Paris. Nous vous présentons un dossier spécial et plusieurs articles afin de mieux comprendre les enjeux de cette aventure hors norme.</p>
<hr>
<h2><a href="https://theconversation.com/les-exoplanetes-nouvelles-frontieres-a-explorer-pour-le-james-webb-space-telescope-171982">Les exoplanètes, nouvelles frontières à explorer pour le James Webb Space Telescope</a></h2>
<p>Les instruments du James Webb Space Telescope vont permettre d’étudier les atmosphères de planètes hors de notre système solaire.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="Les sept planètes du système Trappist-1 orbitent autour de leur petite étoile" src="https://images.theconversation.com/files/437195/original/file-20211213-27-d5a1fw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/437195/original/file-20211213-27-d5a1fw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=381&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/437195/original/file-20211213-27-d5a1fw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=381&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/437195/original/file-20211213-27-d5a1fw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=381&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/437195/original/file-20211213-27-d5a1fw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=478&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/437195/original/file-20211213-27-d5a1fw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=478&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/437195/original/file-20211213-27-d5a1fw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=478&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Le système planétaire Trappist-1, avec ses sept petites planètes, est une des cibles de choix du nouveau télescope Webb. Ici, deux des planètes sont vues en transit devant leur étoile, l’occasion d’en apprendre plus sur elles.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA21429.jpg">NASA/JPL-Caltech</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2><a href="https://theconversation.com/james-webb-space-telescope-que-va-t-il-se-passer-apres-le-decollage-170052">James Webb Space Telescope : que va-t-il se passer après le décollage ?</a></h2>
<p>Le JWST est replié dans Ariane 5. Avant de nous envoyer ses premières données scientifiques, il va se déployer dans l’espace et être testé pour s’assurer que ses instruments fonctionnent.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/437200/original/file-20211213-13-1rvuxwa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/437200/original/file-20211213-13-1rvuxwa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=425&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/437200/original/file-20211213-13-1rvuxwa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=425&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/437200/original/file-20211213-13-1rvuxwa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=425&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/437200/original/file-20211213-13-1rvuxwa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=534&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/437200/original/file-20211213-13-1rvuxwa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=534&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/437200/original/file-20211213-13-1rvuxwa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=534&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Le James Webb Space Telescope plié dans la fusée Ariane 5 qui partira de Kourou, vue d’artiste. Le lancement est prévu pour le 22 décembre 2021.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2021/07/Artist_s_view_of_Webb_on_an_Ariane_5_rocket">D. Ducros/ESA</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2><a href="https://theconversation.com/le-james-webb-space-telescope-explique-par-ceux-qui-lont-fait-171017">Le James Webb Space Telescope expliqué par ceux qui l’ont fait</a></h2>
<p>Plus de 1 200 scientifiques de 14 pays ont participé à la construction du Webb. À quoi va-t-il servir ? Pourquoi un tel coût, et d’où viennent les retards ?</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/437204/original/file-20211213-15-19zrtfa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/437204/original/file-20211213-15-19zrtfa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=388&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/437204/original/file-20211213-15-19zrtfa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=388&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/437204/original/file-20211213-15-19zrtfa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=388&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/437204/original/file-20211213-15-19zrtfa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=488&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/437204/original/file-20211213-15-19zrtfa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=488&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/437204/original/file-20211213-15-19zrtfa.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=488&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">L’immense miroir du James Webb Space Telescope ne rentre pas dans une fusée. Il faut le replier, puis le déplier une fois dans l’espace.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/49750061963/in/album-72157629134274763/">Chris Gunn/NASA</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2><a href="https://theconversation.com/comment-sont-faconnees-les-fabuleuses-images-du-telescope-hubble-168138">Comment sont façonnées les fabuleuses images du télescope Hubble</a></h2>
<p>Entre techniques numériques et inspiration des peintres du Far West américain, les images de Hubble ont changé l’astronomie pour le grand public.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/437202/original/file-20211213-25-cdp9a5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/437202/original/file-20211213-25-cdp9a5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=416&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/437202/original/file-20211213-25-cdp9a5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=416&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/437202/original/file-20211213-25-cdp9a5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=416&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/437202/original/file-20211213-25-cdp9a5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=523&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/437202/original/file-20211213-25-cdp9a5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=523&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/437202/original/file-20211213-25-cdp9a5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=523&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">M51, la galaxie du Tourbillon.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://stsci-opo.org/STScI-01EVT85ASXBBZGN5HCKX1B19JM.jpg">NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), Hubble Heritage Team (STScI/AURA)</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2><a href="https://theconversation.com/succes-scientifiques-et-images-epoustouflantes-lheritage-du-telescope-spatial-hubble-171524">Succès scientifiques et images époustouflantes : l’héritage du télescope spatial Hubble</a></h2>
<p>Au-delà des images oniriques des galaxies lointaines, le télescope spatial Hubble a rendu des services exceptionnels à la science. Tentons de résumer sa carrière.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/437205/original/file-20211213-27-19ii195.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/437205/original/file-20211213-27-19ii195.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=367&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/437205/original/file-20211213-27-19ii195.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=367&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/437205/original/file-20211213-27-19ii195.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=367&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/437205/original/file-20211213-27-19ii195.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=461&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/437205/original/file-20211213-27-19ii195.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=461&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/437205/original/file-20211213-27-19ii195.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=461&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Les Piliers de la Création dans la Nébuleuse de l’Aigle (M 16).</span>
<span class="attribution"><span class="source">NASA, ESA/Hubble, HST</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span>
</figcaption>
</figure><img src="https://counter.theconversation.com/content/173680/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
Destiné à scruter le cosmos, le James Webb Space Telescope est enfin prêt à prendre son envol. Retour sur la genèse et les buts de ce projet hors norme.Benoît Tonson, Chef de rubrique Science + Technologie, The Conversation FranceElsa Couderc, Cheffe de rubrique Science + Technologie, The Conversation FranceEstelle Rünneburger, Journaliste scientifique, The Conversation FranceLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1719822021-12-10T16:45:27Z2021-12-10T16:45:27ZLes exoplanètes, nouvelles frontières à explorer pour le télescope James-Webb<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/436335/original/file-20211208-19-4cu3y4.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=26%2C10%2C3544%2C2254&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Le système planétaire Trappist-1, avec ses sept petites planètes, est une des cibles de choix du nouveau télescope Webb. Ici, deux des planètes sont vues en transit devant leur étoile, l'occasion d'en apprendre plus sur elles.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA21429.jpg">NASA/JPL-Caltech </a></span></figcaption></figure><p>Avec la découverte des premières exoplanètes dans les années 90 un nouveau champ d’exploration de l’astrophysique moderne est apparu. Aujourd’hui, de nombreux projets ou instruments, que ce soit au sol ou dans l’espace, sont dédiés à l’étude de ces mondes orbitant autour d’autres étoiles que le Soleil.</p>
<p>L’instrument MIRI installé sur le télescope James-Webb permet de pointer directement certaines de ces exoplanètes connues afin d’analyser leur atmosphère. Que ce soit pour des exoplanètes en orbite très proche autour de leur étoile, ou bien celles évoluant à plusieurs dizaines d’unités astronomiques, la gamme spectrale couverte par MIRI est totalement inédite pour ces objets en astrophysique, et doit permettre d'atteindre des sensibilités inégalées.</p>
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<iframe width="440" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/xMT3LxNphzI?wmode=transparent&start=0" frameborder="0" allowfullscreen=""></iframe>
<figcaption><span class="caption">Le télescope James-Webb et l’instrument MIRI. Source : LESIA, Observatoire de Paris-PSL.</span></figcaption>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/james-webb-space-telescope-que-va-t-il-se-passer-apres-le-decollage-170052">James Webb Space Telescope : que va-t-il se passer après le décollage ?</a>
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<p>En effet, l’infrarouge moyen est un domaine qui permet d’accéder à l’émission thermique des atmosphères d’exoplanètes qui contient des signatures moléculaires comme le méthane, l’ammoniac ou la vapeur d’eau pour les plus répandues, ce qui permet notamment de mieux comprendre la formation des exoplanètes.</p>
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<h2>Les exoplanètes, terra incognita du XXIᵉ siècle</h2>
<p>La découverte de la première exoplanète autour d’une étoile de type solaire, a fait grand bruit dans la communauté scientifique. C’est un résultat qui était attendu depuis longtemps : l’existence des exoplanètes avait été formulée dès l’antiquité.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/436466/original/file-20211208-25-1ayclno.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/436466/original/file-20211208-25-1ayclno.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/436466/original/file-20211208-25-1ayclno.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=508&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/436466/original/file-20211208-25-1ayclno.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=508&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/436466/original/file-20211208-25-1ayclno.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=508&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/436466/original/file-20211208-25-1ayclno.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=638&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/436466/original/file-20211208-25-1ayclno.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=638&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/436466/original/file-20211208-25-1ayclno.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=638&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Une planète en cours de formation autour de l’étoile PDS 70. Un coronographe bloque la lumière intense de l’étoile afin de laisser apparaître la planète, à droite du centre. Image de l’instrument SPHERE du Very Large Telescope du <em>European Southern Observatory</em>.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://cdn.eso.org/images/screen/eso1821a.jpg">ESO/A. Müller et al.</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
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<p>Les <a href="https://www.nature.com/articles/378355a0">découvreurs de l’exoplanète 51 Pegasi b</a> ont d’ailleurs reçu en 2019 le <a href="https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2019/summary/">prix Nobel de physique</a>. Et pourtant il a fallu un peu de temps pour qu’on accepte l’idée qu’une planète de la taille de Jupiter puisse orbiter à seulement 5 centièmes d’unité astronomique (une unité astronomique est de 150 millions de kilomètres, soit approximativement la distance Terre-Soleil) d’une étoile de type solaire. Pour comparaison, Mercure, la planète tellurique la plus proche de notre Soleil, en est séparée d’environ 4 dixièmes d’unité astronomique, et elle est nettement plus petite que 51 Peg b qui elle est une géante gazeuse. 51 Peg b était la preuve que des planètes pouvaient se former à grande distance de leur étoile et migrer ensuite vers l’intérieur des systèmes.</p>
<p>Dès 1992, <a href="https://www.nature.com/articles/355145a0">trois planètes avaient été détectées</a> autour d’un pulsar, mais sans être bien acceptées par la communauté, car un pulsar est une étoile très dense qui tourne très vite sur elle-même, résidu de l’explosion d’une étoile. Comment des planètes orbitant autour de pulsars auraient-elles subsisté à la phase finale destructrice d’une étoile massive ? Se seraient-t-elles reformées à partir des restes de la supernova ? Si l’existence de ces planètes est aujourd’hui confirmée, ces <a href="https://astronomy.com/magazine/weirdest-objects/2015/10/10-pulsar-planets">questions subsistent</a>.</p>
<p>On connaît maintenant presque <a href="http://exoplanet.eu">5000 exoplanètes</a>, et elles ont des propriétés très diverses.</p>
<p>Leur masse peut varier de la masse de la Lune à environ 10 fois la masse de Jupiter, mais celles de quelques masses terrestres sont les plus abondantes. Certaines orbitent autour de leur étoile en quelques jours seulement, voire moins d’une journée terrestre. La majorité d’entre elles se situe entre 0,05 et 3 unités astronomiques, mais on en détecte jusqu’à plusieurs centaines d’unités astronomiques de leur étoile.</p>
<h2>Comment a-t-on détecté 51 Pegasi b ?</h2>
<p>On peut mesurer l’effet d’une planète sur son étoile sans « voir » cette planète – ce sont des méthodes de détection indirecte.</p>
<p>51 Pegasi b fut la première « Jupiter chaude » (c’est-à-dire une grosse planète gazeuse très proche de son étoile) détectée par la <a href="http://sesp.esep.pro/fr/pages_ind-vr/vitesses_radiales.html">méthode des vitesses radiales</a>.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/436333/original/file-20211208-141213-ccix7d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="Dix exoplanèetes de tailles et couleurs différentes" src="https://images.theconversation.com/files/436333/original/file-20211208-141213-ccix7d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/436333/original/file-20211208-141213-ccix7d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=366&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/436333/original/file-20211208-141213-ccix7d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=366&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/436333/original/file-20211208-141213-ccix7d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=366&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/436333/original/file-20211208-141213-ccix7d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=460&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/436333/original/file-20211208-141213-ccix7d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=460&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/436333/original/file-20211208-141213-ccix7d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=460&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Vue d’artiste de dix « Jupiter chaudes » étudiées avec les télescope spatiaux Hubble et Spitzer, illustrant la variété des exoplanètes. Il y a pour l’instant peu d’indications expérimentales sur la couleur des exoplanètes ; et les motifs de nuages et de vents sont basés à l’heure actuelle sur des modèles théoriques.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://photojournal.jpl.nasa.gov/figures/PIA20056_fig1.jpg">NASA/ESA</a></span>
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<p>Dans cette méthode, le fait que l’étoile et une planète orbitent autour de leur centre de masse provoque un déplacement de l’étoile dans l’espace. Celui-ci se traduit par une variation périodique de la vitesse de l’étoile, détectable avec des spectrographes à très haute résolution, capables de voir « bouger » les étoiles sur leur ligne de visée, grâce à l’<a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Doppler#Astronomie">effet Doppler</a>, avec des précisions d’environ 1 mètre par seconde. On détermine ainsi l’orbite de la planète ainsi qu’une estimation de sa masse. Pour prendre l’exemple de Jupiter, elle modifie la vitesse du Soleil de 13 mètres par seconde. Plus la planète est proche et massive, plus cette vitesse est élevée.</p>
<h2>La découverte de CoRoT-7b et des sept planètes du système Trappist-1</h2>
<p>Quand une planète passe devant son étoile, elle éclipse un peu sa lumière. La <a href="http://sesp.esep.pro/fr/pages_ind-transits/taille.html">méthode « des transits »</a> permet de détecter une baisse périodique de la luminosité de l’étoile si le plan de l’orbite est aligné avec l’observateur. C’est une condition rare : pour améliorer les statistiques, les satellites scrutent des centaines de milliers d’étoiles.</p>
<p>La baisse de luminosité de l’étoile est liée au rayon de la planète et il faut être capable de mesurer des variations photométriques de l’ordre de 1 pour 10000. Pour cela, les instruments spatiaux, qui ne sont pas soumis à l’influence de l’atmosphère, sont nécessaires.</p>
<p>La planète CoRoT-7b est l’une des <a href="https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2009/40/aa11933-09/aa11933-09.html">premières planètes telluriques découvertes</a> grâce à cette méthode des transits, avec le <a href="https://cnes.fr/fr/web/CNES-fr/9890-gp-corot-le-satellite-aux-25-exoplanetes.php">satellite CoRoT</a> en 2009. Elle appartient à la catégorie des « super Terres », des planètes dont la masse est comprise entre 1 et 10 fois la masse de la Terre. Elle est tellement proche de son étoile qu’elle en fait le tour en 0,85 jour terrestre et sa surface est probablement de la roche en fusion.</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/436353/original/file-20211208-27-19d73n7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/436353/original/file-20211208-27-19d73n7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/436353/original/file-20211208-27-19d73n7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/436353/original/file-20211208-27-19d73n7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/436353/original/file-20211208-27-19d73n7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/436353/original/file-20211208-27-19d73n7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/436353/original/file-20211208-27-19d73n7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/436353/original/file-20211208-27-19d73n7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Vue d’artiste de la planète CoRoT-7b au premier plan. Elle est si proche de son étoile que les conditions sont probablement extrèmes à sa surface, potentiellement 2000 °C côté jour et – 200 °C côté nuit – ici elle est représentée comme un lac de lave, ce qui est suggéré par des modèles théoriques.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.eso.org/public/images/eso0933a/">ESO/L. Calçada</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
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<p>Le <a href="https://www.nature.com/articles/nature21360">système Trappist-1</a>, emblématique de la technique des transits, contient sept planètes, toutes sont probablement telluriques et certaines se situent dans la fameuse zone habitable : là où l’eau, si elle était présente à leur surface, pourrait être liquide. Attention toutefois à ne pas confondre Trappist-1 avec le système solaire. Son étoile est une <a href="https://www.astro-rennes.com/initiation/type_etoiles.php">naine M</a> à peine plus grosse que Jupiter et les notions d’habitabilité pourraient être très différentes de celle rencontrées sur Terre.</p>
<h2>Analyser l’atmosphère des exoplanètes grâce au James Webb Space Telescope</h2>
<p>Trappist-1 est une cible de choix pour MIRI, qui a pour objectif d’analyser l’atmosphère des exoplanètes.</p>
<p>Pour cela, il est nécessaire de « voir » les planètes directement, c’est-à-dire de mesurer leur lumière. Le choix de la longueur d’onde d’observation détermine le type d’information obtenue sur l’atmosphère, l’infrarouge donnant accès aux absorptions moléculaires.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/436349/original/file-20211208-104971-wab3jo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/436349/original/file-20211208-104971-wab3jo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/436349/original/file-20211208-104971-wab3jo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=337&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/436349/original/file-20211208-104971-wab3jo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=337&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/436349/original/file-20211208-104971-wab3jo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=337&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/436349/original/file-20211208-104971-wab3jo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/436349/original/file-20211208-104971-wab3jo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/436349/original/file-20211208-104971-wab3jo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Le système Trappist-1, dont toutes les planètes font environ la taille de la Terre. Elle orbitent toutes extrêmement proche de leur étoile, qui est bien plus petite que le Soleil. Trois d’entre elles sont situées dans la zone « habitable » du système, définie très différemment de celle du Soleil.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA21424.jpg">NASA/JPL-Caltech</a></span>
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<p>MIRI exploite deux techniques de détection directe chacune adaptée à un type bien spécifique d’exoplanète.</p>
<p>La plus évidente consiste à former une image où l’on distingue la lumière de l’étoile et celle de la planète, ce qui est souvent problématique à cause du phénomène de diffraction de la lumière, qui « élargit » les images : l’image formée par le télescope d’une planète et de son étoile ont tendance à se mélanger et il est difficile de détecter un objet si faible à côté d’un objet si brillant.</p>
<p>La solution consiste alors à supprimer la lumière de l’étoile, à l’aide d’un système optique : le coronographe. Initialement <a href="https://observations-solaires.obspm.fr/Bernard-Lyot">inventé par Bernard Lyot en 1930 à l’observatoire de Meudon</a> pour observer la couronne solaire, le coronographe a évolué vers une version stellaire.</p>
<p>Les <a href="https://iopscience.iop.org/article/10.1086/682256">coronographes de MIRI</a> utilisent un <a href="https://iopscience.iop.org/article/10.1086/317707">principe interférométrique</a>. Aucune exoplanète n’a pour le moment été imagée en infrarouge moyen, et MIRI ouvre donc le domaine de la coronographie infrarouge.</p>
<p>Dans ce régime, le contraste entre l’étoile et sa planète est plus favorable, et les coronographes de MIRI sont conçus pour mesurer les propriétés physico-chimiques des exoplanètes géantes jeunes, notamment leur température et la présence de certaines molécules comme l’ammoniac ou le méthane.</p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/le-telescope-james-webb-explique-par-ceux-qui-lont-fait-171017">Le télescope James-Webb expliqué par ceux qui l’ont fait</a>
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<p>En revanche, dans l’infrarouge, il est plus difficile de distinguer deux objets proches : les exoplanètes observées par MIRI seront nécessairement éloignées de leur étoile, typiquement au-delà de 10 unités astronomiques (soit à peu près la distance de Saturne dans le système solaire).</p>
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<iframe width="440" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/gcHXGZaS_6M?wmode=transparent&start=0" frameborder="0" allowfullscreen=""></iframe>
<figcaption><span class="caption">Le système HR 8799 contient 4 planètes dont les orbites durent des décennies, voire des siècles. Ici une animation réalisée avec sept images infrarouges du télescope Keck. Source : Wang/Marois.</span></figcaption>
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<p>Par exemple, MIRI observera le <a href="https://www.science.org/doi/10.1126/science.1166585">système HR 8799 qui contient quatre planètes géantes</a>, situées entre 15 et 70 unités astronomiques, avec des masses comprises entre environ 7 et 10 masses de Jupiter.</p>
<h2>Quand les éclipses entre la planète et son étoile permettent d’étudier l’atmosphère</h2>
<p>La méthode des transits permet aussi d’étudier les atmosphères exoplanétaires.</p>
<p>Quand la planète passe devant l’étoile, la lumière de l’étoile traverse l’atmosphère de l’exoplanète et son spectre est modifié : on mesure l’absorption due à l’atmosphère de la planète.</p>
<p>Réciproquement, lorsque la planète passe derrière l’étoile, on mesure (par soustraction) l’émission thermique de l’atmosphère de la planète, c’est-à-dire les photons émis directement par la planète en lien avec sa température (loi du corps noir).</p>
<p>Ces deux mesures sont complémentaires et peuvent dans certains cas être obtenues pour une même exoplanète. Le <a href="https://iopscience.iop.org/article/10.1086/682255">spectrographe à basse résolution de MIRI</a> déterminera les molécules présentes, leur abondance, et la structure en pression et température de l’atmosphère. Les planètes géantes seront les cibles privilégiées de cette méthode de « spectroscopie des transits », mais on espère également sonder pour la première fois en infrarouge moyen l’atmosphère de planètes telluriques, en particulier celle de la fameuse Trappist-1b.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/171982/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Pierre-Olivier Lagage a reçu des financements pour le développement de MIRIm, financé à moitié par le CNES, à moitié par le CEA.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Anthony Boccaletti ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Les instruments du télescope spatial James-Webb vont permettre d’étudier les atmosphères de planètes hors de notre système solaire, notamment pour y chercher des traces de vie.Anthony Boccaletti, Directeur de Recherche CNRS au LESIA, Observatoire de Paris-PSL, CNRS, Université Paris CitéPierre-Olivier Lagage, Chercheur CEA au Laboratoire Astrophysique, instrumentation, modélisation du CEA, CNRS, Université Paris CitéLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1700522021-12-06T22:33:38Z2021-12-06T22:33:38ZJames Webb Space Telescope : que va-t-il se passer après le décollage ?<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/427994/original/file-20211022-18-18alxk9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=2%2C8%2C1914%2C1348&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Le James Webb Space Telescope plié dans la fusée Ariane 5 qui partira de Kourou, vue d'artiste. Le lancement est prévu pour le 22 décembre 2021.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2021/07/Artist_s_view_of_Webb_on_an_Ariane_5_rocket">ESA / D. Ducros</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>Quand le James Webb Space Telescope sera lancé à la fin de l’année, ce sera le télescope spatial le plus grand, le plus important et le plus complexe jamais construit. Avec plus de 20 ans de recherche et développement pour une mission aussi attendue, quand aurons-nous les premières données et les premières images ?</p>
<p>Contrairement à ce qu’on pourrait penser de prime abord, ce ne sera pas tout de suite après le lancement.</p>
<p>Le télescope va décoller bien replié dans la coiffe d’Ariane 5. Il mettra 20 jours à se déplier et 30 jours à atteindre sa destination à 1,5 million de kilomètres de la Terre (pour comparaison, <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Hubble_(t%C3%A9lescope_spatial)">Hubble</a> est à seulement 550 kilomètres de la Terre), d’où il pourra réaliser des observations scientifiques dans un domaine de longueur d’onde plus difficile d’accès autrement : l’infrarouge.</p>
<p>Le lancement du JWST, ou « Webb » pour faire court, marque le début d’une phase cruciale pour les observations scientifiques, dite de « commissioning » ou « recette en vol ». Pendant six mois, tous les sous-systèmes qui composent le télescope seront démarrés et testés ; notamment bien sûr les quatre instruments scientifiques, dont « MIRI » (pour <em>Mid-Infrared Instrument</em>) auquel la France a contribué.</p>
<h2>Déploiement et phases de tests : un ballet spatial millimétré</h2>
<p>La première phase démarre 31 minutes après le lancement. C’est le « déploiement » : d’abord celui de l’antenne de communication ; puis 3 jours après le lancement, alors que le télescope croise la Lune, le reste du déploiement commence. Pendant 12 jours, l’observatoire va lentement passer de sa configuration repliée pour rentrer dans la coiffe d’Ariane 5 à sa forme dépliée.</p>
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<iframe width="440" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/RzGLKQ7_KZQ?wmode=transparent&start=0" frameborder="0" allowfullscreen=""></iframe>
<figcaption><span class="caption">Le déploiement du James Webb Space Telescope (JWST).</span></figcaption>
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<p>Les panneaux solaires et le bouclier thermique ouvrent le bal – pour le bouclier, la procédure se fera en plusieurs étapes en parallèle d’autres déploiements. Puis, l’observatoire va glisser le long de la tour qui le relie au bouclier thermique et au reste du télescope. Le stabilisateur et les radiateurs instrumentaux, placés derrière le bouclier thermique, seront à leur tour mis en place. Ces derniers servent à évacuer la chaleur émise par les instruments.</p>
<h2>Refroidir le télescope pour lui permettre d’observer dans l’infrarouge</h2>
<p>Les quatre instruments du JWST observent dans l’infrarouge. Sur Terre, il est difficile d’observer à ces longueurs d’onde car tout objet émet du <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_du_corps_noir">rayonnement en fonction de sa température</a> : aux températures terrestres, le maximum d’émission est dans l’infrarouge. Le télescope et le miroir primaire doivent donc être refroidis pour augmenter leur sensibilité et éviter les signaux parasites de l’ensemble de l’observatoire, qui comprend le télescope, les instruments et sous-systèmes.</p>
<p>Dans le cas du télescope spatial, les instruments partent des 300K terrestres (25 °C) pour arriver à une température de 50K (-225 °C) dans l’ombre du bouclier thermique. Dans le vide spatial, le <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Transfert_thermique">seul moyen de refroidir « passivement »</a> est par « dissipation radiative » : on perd de l’énergie en émettant des photons mais on ne peut pas compter sur la convection par l’air… puisqu’il n’y a pas d’air.</p>
<p>Paradoxalement, bien que l’espace soit très froid, le vide implique qu’il est difficile de se refroidir tout seul. Cette étape prend donc du temps : presque quatre mois pour se stabiliser complètement.</p>
<p>Pour les trois instruments observant le proche infrarouge (entre 0,6 et 5 micromètres), le refroidissement passif à 50K suffit à atténuer les émissions du télescope pour permettre les observations.</p>
<p>Pour l’instrument MIRI par contre, seul instrument à observer l’infrarouge moyen (entre 5 et 25 micromètres), il faut atteindre une température encore plus basse de 7K (-266 °C) : le rayonnement thermique à 50K est trop important dans l’infrarouge moyen et perturbe les mesures. Nous avons donc dû ajouter un refroidissement actif avec un <a href="https://www.jwst.nasa.gov/content/about/innovations/cryocooler.html">« cryocooler »</a>.</p>
<h2>Le commissioning : cruciale phase de test</h2>
<p>Les tests auront lieu dans l’espace, depuis les premiers instants après le lancement jusqu’à son arrivée à son orbite stable, au <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Point_de_Lagrange">point de Lagrange L2</a>. À cet endroit, l’attraction gravitationnelle de la Terre et celle du Soleil sont telles que le télescope reste constamment dos au Soleil et à la Terre, ce qui permet de refroidir plus facilement le télescope et ses instruments.</p>
<p>Les tests sont commandés à distance depuis le centre de contrôle au <a href="https://www.stsci.edu/">Space Telescope Science Institute</a> à Baltimore aux États-Unis. Là-bas, nuit et jour pendant six mois, des équipes vont se relayer, deux personnes par sous-systèmes pour une cinquantaine de sous-systèmes, par exemple le suivi de l’orbite ou la communication avec la Terre.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/427986/original/file-20211022-20-jswh13.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/427986/original/file-20211022-20-jswh13.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/427986/original/file-20211022-20-jswh13.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/427986/original/file-20211022-20-jswh13.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/427986/original/file-20211022-20-jswh13.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/427986/original/file-20211022-20-jswh13.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/427986/original/file-20211022-20-jswh13.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/427986/original/file-20211022-20-jswh13.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Le centre de contrôle de la Station Spatiale Internationale. Dans le cas du James Webb Space Telescope, il y a plusieurs salles à cause du nombre d’opérateurs et des restrictions liées au Covid-19. Le nom des sous-systèmes figure au dessus des ordinateurs.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ISS_Mission_Control_Room_4.jpg">CCicalese (WMF), Wikipedia</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Bien sûr, de nombreux tests ont déjà été réalisés sur Terre, dans la plus grande chambre de test au monde qui reproduit les conditions du vide spatial, à Houston aux États-Unis. Cependant, ces tests ont concerné seulement les miroirs et instruments mais pas les éléments les plus gros : même la plus grande chambre de test au monde est incapable d’accueillir le JWST déplié… le bouclier thermique à lui seul faisant environ la taille d’un court de tennis.</p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/le-telescope-james-webb-explique-par-ceux-qui-lont-fait-171017">Le télescope James-Webb expliqué par ceux qui l’ont fait</a>
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<p>De plus, les tests au sols étaient optimisés pour tester l’optique, mais pas suffisants pour préparer des observations scientifiques. Des tests spécifiques supplémentaires doivent être réalisés dans l’espace pour calibrer les instruments en observant des sources déjà connues (observées avec d’autres instruments avant).</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/427526/original/file-20211020-17-14h33ig.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/427526/original/file-20211020-17-14h33ig.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/427526/original/file-20211020-17-14h33ig.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=729&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/427526/original/file-20211020-17-14h33ig.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=729&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/427526/original/file-20211020-17-14h33ig.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=729&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/427526/original/file-20211020-17-14h33ig.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=916&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/427526/original/file-20211020-17-14h33ig.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=916&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/427526/original/file-20211020-17-14h33ig.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=916&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Le James Webb Space Telescope entre dans la chambre A au Johnson Space Center à Houston, le 21 juin 2017.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/nasas-webb-telescope-gets-freezing-summertime-lodging-in-houston/">NASA/Chris Gunn</a></span>
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</figure>
<p>La phase de recette en vol est donc l’aboutissement de trois ans de préparation, de planification et d’entraînement afin de sélectionner les meilleures observations, de préparer les logiciels d’analyse qui serviront pour détecter et caractériser les éventuels problèmes.</p>
<p>Le temps est aussi un facteur important, car une préparation de six mois avant d’acquérir des données, pour une mission dont la durée nominale est cinq ans, est une fraction non négligeable. Tout a donc été fait pour que ce temps soit le plus court possible.</p>
<h2>Chronologie</h2>
<p>Dans les détails : 15 jours après le lancement, et pour une durée de 25 jours, les différents systèmes vont être démarrés et testés pour s’assurer que tout fonctionne normalement. Dans le même temps, l’observatoire atteindra son orbite finale autour du point de Lagrange L2 30 jours après le lancement.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/434692/original/file-20211130-25-8sxfvw.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/434692/original/file-20211130-25-8sxfvw.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=102&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/434692/original/file-20211130-25-8sxfvw.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=102&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/434692/original/file-20211130-25-8sxfvw.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=102&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/434692/original/file-20211130-25-8sxfvw.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=128&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/434692/original/file-20211130-25-8sxfvw.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=128&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/434692/original/file-20211130-25-8sxfvw.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=128&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Déroulement chronologique des 6 premiers mois dans la vie du JWST.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Dan Dicken et Christophe Cossou</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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</figure>
<p>40 jours après le lancement et pour 80 jours, le miroir sera testé et aligné. En parallèle, la première partie de la calibration des instruments, appelée calibration interne (c’est-à-dire à l’aide de lampes internes et non en regardant le ciel) sera effectuée. Ces tests ont déjà étés effectués au sol mais doivent être refaits dans l’espace, notamment pour voir si l’environnement spatial et le profil thermique du télescope est comme attendu.</p>
<p>120 jours après le lancement et pour 60 jours jusqu’à la fin du commissioning (six mois après le lancement) ont lieu les calibrations externes des instruments. Ce seront les premières images du ciel prises avec les instruments scientifiques. Tous les instruments dans leurs différents modes d’observations seront testés, afin de s’assurer que ces derniers sont prêts pour la science.</p>
<h2>Les premières observations</h2>
<p>À partir de 155 jours après le lancement jusqu’à la fin du commissioning, quelques observations seront faites (<em>Early Release Observations</em>) : une fois traitées, ce seront les toutes premières images à la disposition des chercheurs et du grand public qui illustreront les possibilités du James Webb Space Telescope. Pour l’instant, les équipes instruments ne sont pas encore au courant de ce qui sera observé.</p>
<p>Puis, autour de juin 2022, quand les tests seront finis et qu’il sera temps de passer à la phase d’exploitation, toutes les données accumulées pendant les phases de tests seront rendues publiques et accessibles : les chercheurs du monde entier pourront les examiner de près, et se préparer à l’exploitation de leurs futures données scientifiques.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/170052/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Christophe Cossou fait partie du Consortium Européen de l'instrument MIRI du JWST.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Dan Dicken fait partie du Consortium Européen de l'instrument MIRI du JWST. </span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Pierre-Olivier Lagage a reçu des financements pour le développement de MIRIm, financé à moitié par le CNES, à moitié par le CEA.</span></em></p>Le JWST est replié dans Ariane 5. Avant de nous envoyer ses premières données scientifiques, il va se déployer dans l’espace et être testé pour s’assurer que ses instruments fonctionnent.Christophe Cossou, Ingénieur CEA, développeur pour l'instrument JWST/MIRI au Laboratoire Astrophysique, instrumentation, modélisation du CEA/CNRS, Université Paris CitéDan Dicken, Project Scientist , Université Paris-SaclayPierre-Olivier Lagage, Chercheur CEA au Laboratoire Astrophysique, instrumentation, modélisation du CEA, CNRS, Université Paris CitéLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1710172021-11-29T19:28:13Z2021-11-29T19:28:13ZLe télescope James-Webb expliqué par ceux qui l’ont fait<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/433745/original/file-20211124-28-x4cc70.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=30%2C12%2C2014%2C1312&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">L'immense miroir du James Webb Space Telescope ne rentre pas dans une fusée. Il faut le replier, puis le déplier une fois dans l'espace.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/nasawebbtelescope/49750061963/in/album-72157629134274763/">NASA/Chris Gunn</a></span></figcaption></figure><p>La moisson scientifique s’annonce exceptionnelle. Le télescope James-Webb, aussi appelé JWST ou « Webb », envoie ses premières images, <a href="https://theconversation.com/james-webb-space-telescope-que-va-t-il-se-passer-apres-le-decollage-170052">après 6 mois de voyage et de tests des instruments scientifiques</a>, et avec un retard de plus de 10 ans par rapport aux premières estimations… et un coût multiplié par 10. </p>
<p>Le Webb va permettre de sonder des zones du cosmos vierges d’observations, grâce à son miroir de 6,5 mètres de diamètre, le plus grand jamais déployé dans l’espace, et ses quatre instruments observant dans l’infrarouge : <a href="https://www.jwst.fr/nircam/">NIRCam</a>, <a href="https://www.jwst.fr/niriss/">NIRISS</a>, <a href="https://www.jwst.fr/nirspec/">NIRSpec</a> et MIRI (les consonances en « IR » viennent du terme « infrarouge »).</p>
<p>Le Webb, mission phare de la NASA et des agences spatiales européenne (ESA) et canadienne (CSA), prend le relais du <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Hubble_(t%C3%A9lescope_spatial)">télescope spatial Hubble</a> pour observer plus loin dans l’Univers. Vitesse de la lumière oblige, il regarde ainsi plus tôt dans l’histoire jusqu’aux moments où les premières galaxies et les premières étoiles se sont formées. </p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/images-de-science-le-telescope-james-webb-nous-emmene-13-milliards-dannees-dans-le-passe-186791">Images de science : le télescope James-Webb nous emmène 13 milliards d’années dans le passé</a>
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<p>Mais il va aussi relayer le <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Spitzer_(t%C3%A9lescope_spatial)">télescope spatial infrarouge Spitzer</a> pour aller sonder les atmosphères d’<a href="https://theconversation.com/les-exoplanetes-nouvelles-frontieres-a-explorer-pour-le-james-webb-space-telescope-171982">exoplanètes</a>, les étoiles et les systèmes planétaires <a href="https://theconversation.com/explorer-lecosysteme-interstellaire-116016">en formation</a>, l’évolution des galaxies… En somme, tous les domaines de l’astrophysique devrait bénéficier des données du Webb.</p>
<p><em>[Près de 70 000 lecteurs font confiance à la newsletter de The Conversation pour mieux comprendre les grands enjeux du monde. <a href="https://theconversation.com/fr/newsletters/la-newsletter-quotidienne-5?utm_source=inline-70ksignup">Abonnez-vous aujourd’hui</a>.]</em></p>
<p>Nous faisons partie des plus de 1 200 scientifiques de 14 pays à avoir contribué à son développement. En France, nous avons surtout participé au développement de l’instrument MIRI, le seul des quatre instruments qui opère dans le domaine de l’infrarouge dit « thermique ». Observant dans les longueurs d’onde entre 5 et 28 micromètres, il est le plus à même à observer le gaz et les poussières dans des objets beaucoup plus froids que des étoiles comme notre Soleil. Il permet par exemple de voir des étoiles jeunes encore profondément enfouies dans le nuage de gaz et de poussières dans lequel elles se forment. MIRI est également le complément indispensable à NIRCam pour identifier les premières galaxies de l’Univers.</p>
<h2>L’épopée du télescope Webb</h2>
<p>Initialement, il était loin d’être acquis qu’un instrument pour l’infrarouge thermique fasse partie de la suite instrumentale du JWST (appelé « next generation space telescope » à l’époque). Il a fallu convaincre la NASA et l’ESA de l’importance scientifique et de la faisabilité d’un tel instrument. L’un d’entre nous (Pierre-Olivier Lagage) faisait partie du petit groupe d’astrophysiciens <a href="https://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/2000ASPC..207..116P">qui ont milité en Europe et aux US pour un tel instrument</a>.</p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/434527/original/file-20211129-27-1g69i81.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/434527/original/file-20211129-27-1g69i81.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=451&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/434527/original/file-20211129-27-1g69i81.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=451&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/434527/original/file-20211129-27-1g69i81.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=451&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/434527/original/file-20211129-27-1g69i81.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=567&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/434527/original/file-20211129-27-1g69i81.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=567&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/434527/original/file-20211129-27-1g69i81.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=567&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Fomalhaut est l'étoile la plus brillante de la constellation du Poisson austral. Elle est entourée d'un disque de débris et de poussières. À gauche, l'image obtenue par le télescope spatial Spitzer, à droite, une simulation d'une observation typique attendue avec le Webb.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Andras Gaspar</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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<p>C’était… à la fin des années 90. Le lancement du Webb Telescope était alors prévu pour 2007. Mais le lancement du Webb a été repoussé de nombreuses fois et l’épopée de l’instrument MIRI illustre en fait bien les raisons de ces retards successifs.</p>
<p>Le Webb est désormais en orbite à 1,5 million de kilomètres de la Terre, soit 4 fois la distance Terre-Lune. Il n'est pas possible d’aller le réparer en cas de problème, comme cela a été fait pour Hubble, qui orbite à « seulement » 570 kilomètres de la Terre : lors de la mise en fonctionnement de Hubble, la qualité des images s’est avérée très décevante, mais l’installation par des astronautes d’un correcteur optique a permis de rétablir la qualité image escomptée.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/433160/original/file-20211122-15-intp3h.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/433160/original/file-20211122-15-intp3h.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/433160/original/file-20211122-15-intp3h.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=304&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/433160/original/file-20211122-15-intp3h.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=304&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/433160/original/file-20211122-15-intp3h.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=304&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/433160/original/file-20211122-15-intp3h.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=381&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/433160/original/file-20211122-15-intp3h.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=381&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/433160/original/file-20211122-15-intp3h.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=381&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Amélioration de la qualité optique du téléscope spatial Hubble grâce à l’installation d’optiques correctives en 1993… alors que Hubble était déjà dans l’espace. Avant correction à gauche, après correction à droite.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/12/Improvement_in_Hubble_images_after_SMM1.jpg">NASA</a></span>
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<p>Pour le Webb, nous n’avions pas le droit à l’erreur – d’où l’importance du travail de conception et de tests avant le lancement !</p>
<h2>MIRI, un instrument de pointe pour les exoplanètes</h2>
<p><a href="https://iopscience.iop.org/article/10.1086/682253/pdf">MIRI</a> est constitué de deux parties principales : un « imageur », qui permet de faire des photos (c’est la partie appelée <a href="https://iopscience.iop.org/article/10.1086/682254/pdf">« MIRIM »</a>, et un spectromètre, qui permet d’étudier la lumière reçue en fonction de la longueur d’onde – et donc, par exemple, de déterminer quels éléments chimiques sont présents dans l’objet que l’on observe (c’est le <a href="https://iopscience.iop.org/article/10.1086/682281/pdf">« MRS »</a>). Les performances de ces instruments placés au foyer du plus grand télescope spatial en opération sont sans précédent.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/434389/original/file-20211129-25-2ywyws.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/434389/original/file-20211129-25-2ywyws.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=289&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/434389/original/file-20211129-25-2ywyws.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=289&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/434389/original/file-20211129-25-2ywyws.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=289&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/434389/original/file-20211129-25-2ywyws.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=364&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/434389/original/file-20211129-25-2ywyws.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=364&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/434389/original/file-20211129-25-2ywyws.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=364&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">La supernova 1978A vue par le télescope spatial Spitzer à gauche, et une simulation de ce que l’on attend avec MIRI à droite. L’image illustre l’amélioration de la qualité d’observation, notamment en termes de résolution angulaire.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Patrice Bouchet</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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<p>Dans un sens, pour l’étude des <a href="https://theconversation.com/on-pourra-cartographier-latmosphere-dexoplanetes-grace-au-telescope-spatial-james-webb-172669">exoplanètes</a>, les retards du lancement du Webb ont été bénéfiques. En effet, ce domaine a explosé ces dernières décennies et nous disposons actuellement d’une richesse d’exoplanètes à observer, dont des planètes rocheuses, qui n’étaient pas connues en 2007.</p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/decouvrir-la-premiere-planete-autour-dune-etoile-autre-que-le-soleil-166578">Découvrir la première planète autour d’une étoile autre que le Soleil</a>
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<p>On étudie désormais beaucoup les exoplanètes par la méthode dite « des transits » : on scrute les infimes variations de la luminosité d’une étoile distante dues au passage d’une exoplanète qui l’entourerait. MIRI a donc été « amélioré » pour utiliser cette méthode des transits. Il s’agit de lire seulement une petite partie du détecteur, afin de le faire très rapidement sans saturer le détecteur. Au fond, on « détourne » un peu le but premier du Webb, conçu pour observer des objets peu lumineux ou très lointains, pour profiter de sa grande sensibilité.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/434388/original/file-20211129-59826-i593jt.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/434388/original/file-20211129-59826-i593jt.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=296&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/434388/original/file-20211129-59826-i593jt.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=296&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/434388/original/file-20211129-59826-i593jt.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=296&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/434388/original/file-20211129-59826-i593jt.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=372&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/434388/original/file-20211129-59826-i593jt.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=372&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/434388/original/file-20211129-59826-i593jt.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=372&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Tests du mode coronographique de MIRI faits à Saclay : on voit sur l’image de droite que lorsque l’on positionne la source juste au centre du coronagraphe à quatre quadrants, on « éteint » la source, bien visible sur la gauche.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Pierre-Olivier Lagage</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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<p>MIRI dispose aussi de « coronographes ». Utilisés historiquement pour observer la couronne du Soleil en cachant le disque trop brillant qui empêche de voir les détails alentour, les coronographes ont été adaptés pour observer les étoiles, et ainsi distinguer d’éventuelles exoplanètes qui se trouveraient à proximité. MIRI emporte un coronographe classique (dit « de Lyot ») et trois coronographes <a href="https://iopscience.iop.org/article/10.1086/317707/pdf">« à masque de phase »</a>, très performants, et qui sont pour la première fois utilisés dans l’espace.</p>
<h2>Du berceau au décollage</h2>
<p>Après plusieurs années d’études préliminaires, c’est en 2004 que la contribution française à MIRI a été approuvée par le CNES, le CEA et le CNRS.</p>
<p>Le modèle de vol de l’imageur MIRIM a été assemblé et testé au CEA Paris-Saclay en 2008 et 2009 ; un banc de test qui permet de reproduire les conditions de vide et de froids que rencontrera MIRIM une fois dans l’espace a été développé spécialement pour l’occasion. En 2010, MIRIM a été envoyé au <em>Rutherford Appleton Laboratory</em> en Angleterre pour être couplé avec l’autre partie de MIRI, le spectromètre MRS, puis testé dans une chambre à vide suffisamment grande pour l’instrument complet.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/434386/original/file-20211129-27-hu8w6e.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/434386/original/file-20211129-27-hu8w6e.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=398&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/434386/original/file-20211129-27-hu8w6e.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=398&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/434386/original/file-20211129-27-hu8w6e.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=398&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/434386/original/file-20211129-27-hu8w6e.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=501&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/434386/original/file-20211129-27-hu8w6e.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=501&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/434386/original/file-20211129-27-hu8w6e.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=501&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">L’instrument MIRI après assemblage de MIRI et MRS.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.nasa.gov/images/content/634643main_miri7_med.jpg">Rutherford Appleton Laboratory</a></span>
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<p>En 2012, MIRI a été envoyé au <em>Goddard Space Center</em> de la NASA, près de Washington, où il a été couplé avec les trois autres instruments du JWST. Trois séries de tests cryogéniques ont suivi entre 2012 et 2016.</p>
<p>Les 18 hexagones du miroir primaire du télescope ont aussi été assemblés au <em>Goddard Space Center</em> de novembre 2015 à février 2016. Les instruments ont été montés à l’arrière du miroir primaire du télescope et l’ensemble a été envoyé en 2017 à Houston pour être testé, car la station de test au <em>Goddard Space Center</em> n’était pas assez grande pour accueillir le télescope. L’équipe CEA était sur place pour les tests au moment où l’ouragan Harvey s’est abattu. Plus de peur que de mal ; juste quelques nuits au laboratoire sans pouvoir regagner l’hôtel et une voiture complètement noyée !</p>
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<iframe width="440" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/4rJdhiDTIq4?wmode=transparent&start=0" frameborder="0" allowfullscreen=""></iframe>
<figcaption><span class="caption">Assemblage du télescope (miroirs dorés et instruments, dont MIRI) et du bouclier thermique (qui ressemble à du papier d’aluminium ou plastique et est déployé à 0 :28 dans la vidéo). Source : NASA Goddard.</span></figcaption>
</figure>
<p>Une fois les tests finis, nous avons « laché » MIRI pour son voyage dans les locaux de la compagnie Northrop Grumman, en Californie, où il est arrivé début 2018. Là, le télescope a été couplé avec le satellite et les grands écrans thermiques qui empêchent les rayons du Soleil, de la Terre et de la Lune d’atteindre le télescope. Celui-ci a pu ainsi atteindre passivement une température d’environ 45K (-228 °C), nécessaire pour ne pas gêner les observations dans l’infrarouge.</p>
<p>Enfin, fin septembre 2021, le Webb a quitté la Californie pour Kourou, où il est arrivé après un voyage en bateau de 16 jours qui l’a amené à passer par le canal de Panama (bloqué quelques mois plus tôt !).</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/433890/original/file-20211125-27-1l5xbon.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/433890/original/file-20211125-27-1l5xbon.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=421&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/433890/original/file-20211125-27-1l5xbon.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=421&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/433890/original/file-20211125-27-1l5xbon.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=421&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/433890/original/file-20211125-27-1l5xbon.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=529&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/433890/original/file-20211125-27-1l5xbon.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=529&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/433890/original/file-20211125-27-1l5xbon.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=529&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Le navire MN <em>Colibri</em> est arrivé au Port de Pariacabo, sur la rivière Kourou, en Guyane française, le 12 octobre 2021. Dans un container spécialement conçu se trouve le James Webb Space Telescope.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/calibriarrivefg_gunn_primary_002.jpg">Chris Gunn/NASA</a></span>
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</figure>
<h2>Paré au décollage… et à débuter les tests et observations scientifiques</h2>
<p>L’aventure spatiale a ensuite débuté le 22 décembre 2021 avec une série de « tests sur le ciel » qui ont duré 6 mois. Puis, en juillet 2022, c’est l’exploration scientifique qui commence, après trois décennies de développements.</p>
<p>Une petite partie du temps d’observation est réservée aux astrophysiciens ayant participé au développement instrumental. Dans ce cadre, nous coordonnons les observations qui seront consacrées aux exoplanètes, à la Supernova 1987a, et à deux régions « photodominées ».</p>
<p>L’essentiel du temps d’observation sera « ouvert » : chaque année durant les 5 à 10 années de durée de vie du Webb, plusieurs appels pour l’utilisation du Webb sont programmés. Le premier appel a eu lieu en 2020. Plus de 1000 demandes ont été déposées, impliquant plus de 4000 astrophysiciens à travers le monde. Le nombre d’heures d’observation demandées est très supérieur (4 à 5 fois) au nombre d’heures disponibles et la sélection a été faite par des comités de scientifiques. Il est satisfaisant de voir que MIRI est le deuxième instrument le plus demandé. Nous avons bien fait d’insister pour qu’il « monte » à bord du Webb !</p>
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<p><em>MIRI est un instrument co-développé par un consortium de laboratoires spatiaux européens, qui se sont occupé des aspects opto-mécanique, de l’assemblage et des tests d’ensemble de l’instrument, et le centre JPL de la NASA, qui a fourni les matrices de détecteurs et le système de refroidissement de MIRI.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/171017/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>MIRIm a été financé à moitié par le CNES, à moitié par le CEA.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Alain Abergel fait partie du Consortium Européen de l'instrument MIRI du JWST.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Christophe Cossou fait partie du Consortium Européen de l'instrument MIRI du JWST.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Dan Dicken fait partie du Consortium Européen de l'instrument MIRI du JWST.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Patrice Bouchet est directeur du Centre d’Expertise Français du JWST/MIRI.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Anthony Boccaletti ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Plus de 1 200 scientifiques de 14 pays ont participé à la construction du Webb. À quoi va-t-il servir ? Pourquoi un tel coût, et d’où viennent les retards ?Pierre-Olivier Lagage, Chercheur CEA au Laboratoire Astrophysique, instrumentation, modélisation du CEA, CNRS, Université Paris CitéAlain Abergel, Professeur Université Paris-Saclay, Astrophysicien à l'IAS, Université Paris-SaclayAnthony Boccaletti, Directeur de Recherche CNRS au LESIA, Observatoire de Paris-PSL, CNRS, Université Paris CitéChristophe Cossou, Ingénieur CEA, développeur pour l'instrument JWST/MIRI au Laboratoire Astrophysique, instrumentation, modélisation du CEA/CNRS, Université Paris CitéDan Dicken, Project Scientist , Université Paris-SaclayPatrice Bouchet, Chef de Projet du Centre d'Expertise MIRI/JWST, Département d'Astrophysique, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.tag:theconversation.com,2011:article/1682192021-11-25T20:43:09Z2021-11-25T20:43:09ZOndes gravitationnelles : le chant silencieux des trous noirs<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/432593/original/file-20211118-23-1k4l6hc.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&rect=44%2C35%2C2910%2C2002&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Duo de trous noirs qui dansent.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.ligo.caltech.edu/system/avm_image_sqls/binaries/67/titanic/GW170104a_close-up_spinning_black_holes.jpg?1496290097">LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span></figcaption></figure><p>Les trous noirs dansent, et quand ils dansent, ils le font en couple. C’est d’ailleurs la norme dans l’Univers : la plupart des étoiles évoluent dans des systèmes dits binaires, formés par deux objets orbitant l’un autour l’autre.</p>
<p>Non seulement ils dansent, mais tandis qu’ils dansent, les trous noirs chantent également. Ce chant un peu singulier ne prend ni la forme d’un son, de la lumière, ni d’autres ondes électromagnétiques. C’est néanmoins bien un rayonnement avec ses rythmes, ses tons et ses harmoniques, même sa mélodie et ses différentes « voix »…</p>
<p>Un véritable chant, codifié dans des ondes dites gravitationnelles, qui permet d’identifier les plus fins détails des trous noirs qui lui correspondent et de leur danse orbitale : à la manière de l’ornithologue qui reconnaît dans le chant des oiseaux leur espèce et leurs caractéristiques, les astrophysiciens extraient à partir des ondes gravitationnelles les propriétés de chacun des trous noirs et de leur orbite.</p>
<h2>Perturbation dans la courbure de l’espace-temps</h2>
<p>L’existence de ces ondes, extrêmement difficiles à détecter, a été <a href="https://press.princeton.edu/books/hardcover/9780691117270/traveling-at-the-speed-of-thought">prédite par Albert Einstein en 1916</a>, juste après sa formulation de la relativité générale, qui n’est autre que la description théorique dont nous usons aujourd’hui pour expliquer la gravité. Cette théorie explique le phénomène gravitationnel en termes de ce qu’on désigne comme « courbure de l’espace-temps ».</p>
<p><div data-react-class="Tweet" data-react-props="{"tweetId":"933951484965916672"}"></div></p>
<p>Les ondes émises par les binaires de trous noirs, de nature gravitationnelle, sont alors des perturbations de cette courbure de l’espace-temps qui se propagent sur le propre espace-temps. Similaires aux ondes dans un étang, qui sont des perturbations de la surface de l’eau quand elles se propagent sur celle-ci.</p>
<p>Le 14 septembre 2015, l’antenne gravitationnelle Ligo a pour la première fois détecté directement ces ondes. Depuis, une cinquantaine des détections ont suivi jusqu’à la date présente, initiant une véritable nouvelle étape dans l’étude de l’Univers : l’astronomie des ondes gravitationnelles.</p>
<h2>Un fonctionnement similaire à celui des marées</h2>
<p>Mais décrire ces ondes comme des perturbations de la courbure de l’espace-temps est assez cryptique. Une approche plus intuitive fait appel à la notion plus familière de marée, notamment la montée et descente des océans deux fois par jour.</p>
<p>Celles-ci sont produites pour l’action gravitationnelle de la Lune et le Soleil, qui déforment la surface des océans dans une espèce d’ellipsoïde.</p>
<p>Étant donnée une position relative de la Terre-Lune-Soleil (qui définit ce que l’on appelle un « jour dans un mois »), cette déformation ellipsoïdale des océans est « stationnaire », c’est-à-dire que sa forme ne change pas. C’est la rotation de la Terre, dont la croûte (plus rigide) n’est pas déformée par les marées, qui fait qu’une côte donnée va passer deux fois par jour par une bosse de l’ellipsoïde des eaux (marées hautes) et deux fois par jour par un creux (marées basses).</p>
<p>C’est le phénomène familier des marées.</p>
<h2>Ondes gravitationnelles comme marées en propagation</h2>
<p>Que se passerait-il si, d’un coup, le Soleil et la Lune n’étaient plus là ? Les océans n’auraient plus de raison d’être déformés et récupéreraient une forme plus sphéroïdale.</p>
<p>Mais ce processus est soumis à deux contraintes : d’une part, l’information de la disparition de la Lune et du Soleil doit se propager à une vitesse finie (rien ne peut voyager plus rapidement que la lumière, selon la relativité restreinte d’Einstein). D’autre part, la relaxation des océans vers son état sans déformation se fait en oscillations autour le sphéroïde.</p>
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<figcaption><span class="caption">Les ondes gravitationnelles, qu’est-ce que c’est ? (Futura, 2016).</span></figcaption>
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<p>Une « onde gravitationnelle » est le phénomène physique qui informe des changements d’une source gravitationnelle (dans l’exemple, la Lune et le Soleil) moyennant un signal qui se propage à une vitesse finie et qui induit des oscillations dans la forme des corps trouvés sur son chemin (dans l’exemple, les océans).</p>
<p>Dans un sens littéral, les ondes gravitationnelles sont des marées dynamiques en propagation dans l’espace. Ce chant gravitationnel est un chant « silencieux », il s’exprime par les changements des « formes ».</p>
<h2>Aux origines des ondes gravitationnelles</h2>
<p>Quels sont les systèmes physiques qui produisent ces marées en propagation ? Autrement dit, quelles sont les « sources » de ces ondes ? La réponse est simple : n’importe quel système dont la « forme » change avec le temps est une source des ondes gravitationnelles. Ça peut être moi en agitant rapidement mes bras ou un système binaire des objets compacts astrophysiques.</p>
<p>Cela mène à un apparent paradoxe : si tout système qui se déforme dans le temps émet ces ondes, pourquoi ne sommes-nous pas entourés par ces marées qui déforment à leur tour tout objet trouvé sur leur chemin ? En réalité, elles sont bien là mais trop faibles pour être perceptibles. C’est le cas de moi quand j’agite mes bras. Seuls des objets très massifs ou avec des vitesses comparables à celle de la lumière, sont capables de produire des signaux appréciables, comme la binaire d’objets compacts.</p>
<p>Par conséquent, il nous faut regarder au-delà de la Terre pour identifier les bonnes sources. Et c’est ici que les trous noirs binaires, avec leurs grandes masses et leurs vitesses orbitales proches à celle de la lumière, entrent en scène.</p>
<h2>Percer le silence gravitationnel</h2>
<p>Revenons maintenant sur notre affirmation initiale qui avançait la capacité des binaires des trous noirs à « chanter ».</p>
<p>En fait, toutes les étoiles binaires « chantent » gravitationnellement, mais seules celles constituées d’objets très compacts (trous noirs, étoiles à neutrons, naines blanches…) chantent « assez fort ». Les autres font résonner leur mélodie trop « bas » pour qu’on les détecte : si tous les chants des systèmes binaires sont « silencieux », certains le sont plus que d’autres…</p>
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<p>C’est donc grâce à un véritable tour de force technologique que les astrophysiciens sont parvenus à percer ce « silence gravitationnel ». La mise au point des interféromètres Laser, véritables antennes gravitationnelles, a permis la détection directe de ces ondes et l’accès à leur information astrophysique et cosmologique.</p>
<h2>Un réseau d’interféromètres sur la Terre</h2>
<p>Ces interféromètres sont formés par deux « bras » perpendiculaires d’exactement la même longueur, soumis à oscillations (étirements et compressions) lorsqu’une onde gravitationnelle les traverse. « L’interférométrie » optique permet de mesurer de manière très précise le changement relatif dans la longueur de ces bras, identifiant alors le passage d’une onde.</p>
<p>Étant donné que ces ondes gravitationnelles sont des phénomènes de marée et que leur effet est d’autant plus fort que la taille de l’objet déformé est grande, les bras des interféromètres font plusieurs kilomètres (4 km dans LIGO aux États-Unis).</p>
<p>Aujourd’hui, il existe un réseau d’interféromètres étendu sur la Terre, dont le fonctionnement simultané est crucial pour l’analyse de ces ondes. Pour étudier les objets les plus massifs, comme des trous noirs aux centres galactiques, il faudra construire des interféromètres à l’espace, ce qui est le cœur du programme spatial Lisa. Nous avons désormais des oreilles interférométriques pour écouter et déchiffrer le silencieux chant gravitationnel. Et sa mélodie est riche.</p>
<h2>Un champ de recherches majeur</h2>
<p>La découverte des ondes gravitationnelles a été un événement scientifique de premier ordre qui s’est traduit <a href="https://theconversation.com/les-ondes-gravitationnelles-quest-ce-que-cest-54487">dans le prix Nobel de physique de 2017</a>. En fait, l’étude de la gravité vit un moment particulièrement doux : trois des cinq derniers prix Nobel ont été décernés à des recherches menées dans le cadre de la gravitation.</p>
<p>En 2017, ce sont les ondes gravitationnelles qui ont été primées, et en 2019 le tour de la cosmologie physique et la découverte des exoplanètes. Le prix Nobel de 2020 a consacré quant à lui la prédiction théorique de trous noirs et son observation directe aux centres galactiques.</p>
<p>En ce moment, la synergie entre différentes disciplines est en train de percer de nouveaux horizons en cosmologie, astrophysique et physique fondamentale. En retour, l’univers gravitationnel nous chante pour nous dévoiler ses mystères.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/168219/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>José Luis Jaramillo ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>Le « chant » des ondes gravitationnelles codifie les propriétés de la « dance » orbitale des trous noirs.José Luis Jaramillo, Professeur des Universités, Institut de Mathématiques de Bourgogne (IMB), Université de Bourgogne – UBFCLicensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.