Les Ages-sombres de l’Univers, une époque de transition vers tous les possibles

En fin d’article, condamnation de l’agression turque en Arménie. Auparavant un peu de cosmologie. Je vais aujourd’hui vous parler de la période des « Ages-sombres » de l’Univers, intrigante parce qu’elle est celle de la gestation de tous les possibles et qu’elle est forcément mal connue puisque sombre. C’est pendant ce temps-là que la matière après avoir été finalement libérée violemment du plasma primordial par l’Expansion, a été réorganisée patiemment par la Gravité et les trois autres forces fondamentales de la physique, en fonction des anisotropies (irrégularités) existant à la Surface-de-dernière-diffusion.

Sur une histoire commençant il y a 13,8 milliards d’années, avec le Big-bang, les Ages-sombres se situent entre 380.000 (précisément) et quelques 400.000.000 d’années (limite beaucoup plus floue avec une grosse marge d’imprécision). Il y a donc très longtemps ! Depuis le Début (Big-bang), le développement de l’Univers a suivi une trajectoire logique portée par les grandes forces fondamentales susmentionnées qui le structurent mais l’époque des Ages-sombres est particulièrement intéressante comme transition entre un Univers compact et celui que nous connaissons aujourd’hui, fait de « vide », de galaxies, d’étoiles et de nuages, filamenteux ou non, de gaz.

Que s’est-il passé « en l’an de grâce » 380.000 après le Big-bang ? Il s’est passé ce qu’on appelle le « Découplage », c’est-à-dire le moment où la densité et la température de l’Univers en expansion se sont suffisamment abaissées pour que le rayonnement électromagnétique puisse soudain s’échapper de la matière comme le pollen au Printemps, par tous les interstices de vide qui s’ouvraient entre les particules, protons et électrons, qui le composaient. On le sait puisque par chance et par malheur, du fait de la finitude de la vitesse de la lumière, plus nous regardons loin, plus notre regard est courbé vers le passé et qu’en même temps que nous constatons la présence d’un rayonnement diffus multidirectionnel ou « isotrope », le « Fond-diffus-cosmologique », expression de la Surface-de-dernière-diffusion d’un Univers compact, nos instruments d’observation nous permettent de remonter naturellement dans le temps, jusqu’aux premières galaxies. C’est ce qui nous permet aussi de faire le lien logique entre les premiers rayonnements galactiques et l’origine du Fond-diffus, et nous permet de parler de la période « entre deux » de laquelle nous ne recevons aucun rayonnement, celle des Ages-sombres.

Simultanément au Découplage, les protons s’assemblèrent aux électrons pour constituer des atomes neutres et l’Univers se trouva, temporairement, empli d’une matière totalement neutre électriquement (là où il n’y avait ni vide ni rayonnement). Mais la Surface-de-dernière-diffusion, c’est-à-dire le dernier moment où l’Univers constituait dans sa totalité un plasma, n’était pas lisse et totalement homogène. Ce plasma du fait qu’il était en expansion, était en effet parcouru par des courants causés par des ondes acoustiques qu’on appelle l’« Oscillation-acoustique-des-baryons » (« BAO »). Ce phénomène y créait des irrégularités de masse, mouvantes, les « anisotropies », comme des nodules en profondeur qui, au dernier moment, s’ouvrirent comme des coques sur le nouveau vide, déterminant pour le passé, une surface. Certains astrophysiciens pensent que ces nodules renfermaient aussi bien de la matière baryonique que de la matière-noire*. Quoi qu’il en soit ces anisotropies subsistèrent en trois dimensions dans l’Univers ouvert qui venait de naître (mes lecteurs fidèles n’oublient pas qu’à côté de ces anisotropies causées par les BAO, Roger Penrose espère en trouver d’autres qui témoigneraient de l’existence d’au moins un autre éon avant le Big-bang).

*26,8% de l’énergie totale de l’Univers alors que la matière baryonique n’en constitue que 4,9%, le reste, soit 68,3%, étant la toujours hypothétique énergie-sombre. La matière-noire dont on voit les effets gravitationnels (ou plutôt dont on déduit l’existence par les effets qu’elle a sur la matière baryonique), n’est toujours pas identifiée et certains autres astrophysiciens en nient toujours l’existence.

L’Univers poursuivit évidemment son expansion portée par l’impulsion du big-bang et de la phase d’inflation qui le suivit (l’accélération tout à fait marginale au début ne se manifeste sensiblement qu’après 6 ou 7 milliards d’années). La gravité ne pouvait immédiatement reconcentrer la matière autour des anisotropies existant au moment du Découplage. Comme, bien que diffuse, elle restait quand même dense, l’Univers n’était donc qu’un grand brouillard, irrégulier en densité et ce brouillard se gonflait à grande vitesse en tourbillonant dans une nuit presque complète éclairée confusément par le rayonnement de la surface de dernière diffusion et son propre rayonnement beaucoup plus faible (voir illustration de titre).

Les anisotropies se perpétuaient cependant dans les masses informes, quand même plutôt sphériques et de volumes comparables (la force de gravité liée à la masse jouait déjà bien sûr son rôle), de ce qui allait devenir les « galaxies-sombres », se différentiant de plus en plus les unes des autres en se resserrant chacune sur elle-même dans un vide de plus en plus étendu.

Il faudra « un certain temps », jusque vers peut-être 200 millions d’années, pour que les concentrations de matière deviennent suffisamment denses pour que les premières étoiles s’allument au sein de ces galaxies-sombres, en commençant leur processus de fusion nucléaire, et entreprennent par leur rayonnement (largement ultra-violet) de ré-ioniser lentement les éléments de matière composant l’univers (séparant les électrons des atomes). Ceux qui croient à la présence d’une matière-noire mêlée à la matière baryonique pensent, sans en avoir la preuve, qu’elle joua un rôle dans cette re-concentration. Mais peut-être est-ce simplement l’éloignement des masses les unes des autres causé par l’expansion, qui favorisa l’attirance gravitationnelle interne de chacune en atténuant de plus en plus les attirances contrariantes ? Le processus sera long puisqu’il faudra attendre jusqu’à près de 1 milliard d’années après le Big-bang pour qu’il aboutisse, c’est-à-dire qu’à force de concentrations stellaires, le vide se dégage totalement du brouillard, les molécules d’hydrogène et d’hélium libres se structurent en filaments nuageux liant les galaxies ou en nuages à l’intérieur des galaxies, et que l’Univers perde son opacité. Mais on fixe à 400 millions d’années* la fin de la période des Ages-sombres et l’entrée dans celle de la Ré-ionisation (qui se termine donc après 1 milliard d’années) considérant qu’à cette époque l’Univers était déjà devenu suffisamment transparent.

*pour comparaison de durée, les premiers animaux remontent à quelques 575 millions d’années (faune de l’édiacarien) et il y a 400 millions d’années nous étions dans le Dévonien inférieur, avant la sortie des premiers amphibiens sur la Terre ferme.

Parallèlement à la diminution de la densité, au passage du temps, à l’éloignement de la source d’émission et à cause de cette évolution, la température du Fonds-diffus de l’Univers baissait selon une courbe asymptotique, d’un ordre de grandeur à partir des quelques 3000 K (pour référence la surface du Soleil a actuellement une température de l’ordre de 5800 K) qu’il avait au sortir de la Surface-de-dernière-diffusion, pour atteindre sans doute les 300 K vers ces 400 millions d’années (et 2,728 K aujourd’hui).

A la fin des Ages-sombres, il y avait dans les galaxies-sombres beaucoup de gaz et très peu d’étoiles. Les premières d’entre elles sont donc très difficiles à observer du fait de leur faible luminosité mais on y parvient quand même. La première méthode a été indirecte, par la lumière des phares puissants des astres postérieurs, qui éclairent leur environnement. Ces astres, les premiers quasars observés aujourd’hui, ont été datés de 750 millions d’années après le Big-bang. Cependant « on n’arrête pas le progrès » et grace au télescope Hubble et au spectrographe MOSFIRE fixé sur l’un des deux grands télescopes de l’observatoire Keck au sommet du Mauna Kea (Hawaï) on vient de détecter une galaxie extrêmement lointaine, « GN-z11 » (le “z” est pour le redshift), dont la lumière a été émise à l’aube de la Réionisation, il y a 13,4 milliards d’années (donc 400 millions après le Big-bang). Son rayonnement central semble extrêmement lumineux et il ne serait pas étonnant qu’elle soit également un quasar primitif. Voir lien ci-dessous**

On peut remarquer que la densité du brouillard étant quand même très forte dans cette jeunesse de l’Univers, la facilité pour la force de gravité de concentrer de très grandes quantités de matière était sans doute plus grande relativement à ce que l’Univers connaîtra plus tard. La preuve en est donnée par la formation de ces quasars, énorme trous-noirs dévorant la matière alentour en la faisant briller jusqu’au point où l’on a d’abord cru que c’était des étoiles (quasi-stars). Il n’est pas exclu non plus que, parallèlement, de petits grumeaux de matière primordiale, libérés par la baisse de densité de l’Univers, ne se soient trouvés isolés dans l’espace sans suffisamment de matière pour les faire grossir. Ils formèrent ce qu’on appelle les micro-trous-noirs. Plus froids au début mais devenant rapidement d’une température très proche de l’environnement du fait de la baisse de celle de ce dernier, ils commencèrent très vite à s’évaporer, c’est du moins la théorie puisqu’à ce jour nous n’en avons observé aucun.

De quoi est composé l’Univers en dehors de la matière à l’époque des Ages-sombres ? D’abord des champs de bosons puisqu’ils sont la trame de l’Univers (vous vous souvenez du fameux boson de Higgs qui permet à la matière d’exister). Ensuite du rayonnement électromagnétique. Il est également partout puisqu’il vient de se libérer de la matière. Il occupe déjà toutes les longueurs d’onde possibles du spectre que nous connaissons aujourd’hui. Une partie est certainement lumineuse (le fameux rayonnement du fond diffus qui à l’origine est de 3000 K) mais les ondes les plus courtes, aux ondulations les plus serrées, ultra-violet, rayons X, rayons gamma, sont omniprésentes puisque nous sommes encore tout près de la « grande explosion ». Etant donné la différence de vitesse, même si l’hydrogène et l’hélium sont très légers, ces rayonnements s’étendent partout où il est possible qu’ils soient, y compris au-devant de la matière puisqu’ils n’ont pas de masse, et dans un volume déjà non-totalement déterminable (l’Univers était déjà « illimité et fini » comme on le pense aujourd’hui). Ce rayonnement est diffus de telle sorte que le brouillard de matière n’est pas totalement sombre, comme indiqué plus haut. Il luit principalement par réflexion même si sa propre chaleur doit générer aussi une certaine émission.

On peut aussi remarquer qu’à ce stade l’Univers est très peu différencié. On dit que son entropie est très faible en allant, comme aujourd’hui, vers toujours plus de complexité. La nucléosynthèse stellaire n’a évidemment pas eu le temps de faire son œuvre. La « matière » n’est rien d’autre que de l’hydrogène et de l’hélium et très marginalement quelques autres gaz comme le lithium ou le néon formés lors de l’éclatement de la Surface-de-dernière-diffusion. Donc le spectre des galaxies ou des étoiles primitives ne peut montrer que de l’hydrogène et peut-être de l’hélium. Les planètes, s’il en existe déjà, ne sont que des boules des mêmes gaz en plus petites. Il ne peut exister aucune planète tellurique car il n’y a aucun élément chimique pour en constituer les minéraux dont elles sont faites.

Ce monde étrange est notre monde. Il a existé puisque nous sommes ici aujourd’hui. Il portait en germe ce que nous sommes devenus et ce que nous deviendrons et qui, un jour encore plus lointain, du fait de l’expansion accélérée qui nous entraîne toujours plus vite et de la force de gravité qui condense toujours plus la matière, sera à nouveau tout aussi sombre, totalement différent mais tout aussi étrange. Pour le moment profitons, sans illusion, de la stabilité apparente qui nous est offerte simplement parce que notre vie est courte.

Lire mon article sur la surface de dernière diffusion « CHIME » publié le 7 septembre 2019.

**Article de Nature Astronomy Letters daté du 14/12/2020, sur la plus ancienne/lointaine galaxie jamais observée et article de Space.com sur la même:

Très belle simulation de la sortie des Ages-sombres : https://www.youtube.com/watch?v=erHGgLFXhVs

Illustration de titre : image https://plancksatellite.org.uk/?s=dark+ages

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Index L’appel de Mars 20 12 16

PS: On peut en même temps « vibrer » pour les Ages-sombres de l’Univers et compatir au malheur des Arméniens.

Parlant d’Ages-sombres et en commençant cette semaine de Noël* j’ai une pensée particulière pour la communauté arménienne qui a été à nouveau martyrisée par les islamistes en 2020. Pensez, vous aussi chers lecteurs, avec compassion et sympathie, à ces chrétiens, nos frères en esprit, qui ont été massacrés, chassés de leurs terres ancestrales sans que la communauté internationale ne vienne à leur secours. La honte retombe évidemment sur les criminels Aliyev et Erdogan mais aussi sur les divers gouvernements « occidentaux » (c’est à dire européens et américains) qui n’ont rien su organiser ni entreprendre pour sauver ces pauvres gens déjà si terriblement éprouvés par les divers pogromes qu’ils ont subis au cours du temps (1894-96 ! 1915-16 ! pour ne mentionner que les plus connus).

La cessation des combats imposée par les Russes est intervenue bien tard! Elle ne fera pas revenir les morts à la vie ni ne rendra les territoires perdus, légitimement arménien puisque peuplés par eux depuis au moins 2500 ans, époque où les ancêtres des Turcs étaient bien loin, en Asie Centrale, et où leurs “faux-nez” Azeris n’existaient évidemment pas, ni ne réparera les destructions du patrimoine antique souillé au préalable par ces sauvages.

Dans ce contexte, les individus isolés doivent faire entendre leur voix pour crier leur condamnation des Turcs et leur désapprobation devant la passivité des gouvernants des “grandes puissances” occidentales (malgré les efforts suisses) porteuse de l’esprit de Munich, ce que je fais.

Une question…ou une suggestion :  la Cour Pénale Internationale (La Haye) existe-t-elle encore ? Si oui ou plutôt lorsque les Etats ou institutions pouvant en effectuer la saisine auront passer “les fêtes”, pourraient-elle convoquer Aliyev et Erdogan? Ces deux-ci cochent toutes les cases de la barbarie. Les Ages-sombres de l’Univers ne furent en réalité qu’un passage vers la lumière. Les juges pourraient contribuer à ce qu’il en soit de même pour la Civilisation; c’est pour cela que leur Cour a été constituée.

*En Arménie, Noël est fêté le 25 décembre ou le 6 janvier selon que les fidèles ont choisi de se rattacher à Rome ou de rester dans leur église apostolique.

Rendons grâce aux étoiles Wolf-Rayet, nous leur devons la vie

Les étoiles Wolf-Rayet sont rares car elles meurent jeunes mais elles ont une vie extrêmement brillante et riche, laissant après elles en abondance les « métaux » dont nous sommes faits.

Les étoiles « massives » sont celles qui effectuent la nucléosynthèse la plus considérable et parmi elles les étoiles Wolf-Rayet (« WR ») sont les plus puissantes (lumineuses et chaudes) après les « LBV » (« étoiles variables lumineuses bleues », encore plus rares). Notre Soleil, une « naine-jaune », ne parvient qu’à fusionner l’hydrogène en hélium (marginalement un peu plus, vers le carbone) mais les étoiles massives, qui ont une masse supérieure à 8 masses solaires (« Ms »), conduisent beaucoup plus loin le processus de transformation, jusqu’au fer et au-delà, tous les éléments lourds.

Charles Wolf et Georges Rayet sont deux astronomes français du 19ème siècle qui en 1867, à l’Observatoire de Paris, ont découvert ces étoiles étranges présentant à l’aube de la spectrométrie un type de graphes tout à fait particulier. Depuis, ces étoiles portent leurs noms.

Depuis Angelo Secchi en 1866, on classe les étoiles selon leur spectre (l’image diffractée selon les longueurs d’onde qui la composent de la lumière qu’elles émettent). La classification selon le type spectral fut ensuite perfectionnée par Henry Draper (« HD ») médecin et astronome de New-York et ses héritiers, au début du XXème siècle. La classification « O,B,A,F,G,K,M » que l’une de ses continuatrices, Annie Jump Cannon, mit en place et qui est le cœur de celle d’aujourd’hui, est liée à une température et à une « couleur » allant du bleu au rouge en passant par le blanc et le jaune. Depuis, on a simplement ajouté un « W » devant le « O » pour les étoiles Wolf-Rayet et « L,T,Y » après le « M » pour les étoiles les plus froides. Les étoiles « O » ont une température de surface >25.000 K et les « M » une température de <3.500 K ; les « W » montent au-delà de 25.000 K, jusqu’à > 80.000 K (à peu près autant de degrés Celsius). Il faut bien voir qu’au cours de son histoire une étoile peut recevoir plusieurs « étiquettes » puisqu’elle évolue avec le temps, emportant au cours de ses différentes phases une masse initiale qui se réduit lentement, par dissipation dans l’espace de matière et d’énergie, sauf à la fin, brutale. C’est ainsi que dans le diagramme de Hertzsprung-Russel qui reprend la classification selon le type spectral en abscisse et la température absolue en ordonnée, on a au milieu comme une écharpe, ce qu’on appelle la « séquence principale », allant du rouge en bas à droite, au blanc en haut à gauche. Au-dessus de l’écharpe se déploient les géantes, supergéantes, hypergéantes et en-dessous, les naines blanches et les naines brunes (voir ci-dessous). Les WR sont tout en haut à gauche avec les plus chaudes et les plus lumineuses, après les LBV bien sûr mais les LBV, tout comme les « O », sont des phases précurseurs des WR, tout comme on sait que notre Soleil, au milieu de la séquence principale, terminera sa vie en géante-rouge (plus grosse que massive), plus haut dans le diagramme mais dans une branche de la séquence principale qui s’étend vers la droite, plus froide.

Plus les étoiles sont massives plus leur vie est courte. Cela va de quelques petits millions d’années pour une « hypergéante » ou une « supergéante » à une durée indéterminée (c’est-à-dire extrêmement longue) pour les moins massives, les « naines-brunes » (minimum 0,08 Ms), en passant par quelques 9 milliards d’années pour les « naines-jaunes » (avec notre étoile, le Soleil, nous sommes juste « au milieu du chemin » après 4,567 milliards d’années). Les plus massives ne devraient pas dépasser, en principe, 100 Ms, limite théorique déterminée par Arthur Eddington. En effet le « réacteur de fusion » des étoiles s’allume dès que la densité de matière est suffisante même si l’accrétion n’est pas terminée et le « fonctionnement » du réacteur déclenche un vent radiatif qui tend à repousser la matière non encore accrétée en y ajoutant encore de la matière qui vient de l’étoile déjà formée. L’étoile massive proprement dite qui n’a pas pu accréter toute sa matière et qui dispose d’un « moteur » très puissant est donc entourée de nuées qui sont attirées par la gravitation et repoussées/enrichies par un vent solaire très dense et fort. Une telle étoile est un combat constant entre la force de gravitation qui tend à contracter la masse et la force de radiation qui tend à la défaire. Et les forces sont d’autant plus égales que l’étoile est massive. Donc plus elle est massive plus elle est instable. L’équilibre instable ou l’incertitude créés par cette situation, sans doute de courte durée (sur une échelle cosmique, bien entendu), fait que certaines étoiles peuvent dépasser la « limite d’Eddington ». On a observé quelques étoiles de 150 Ms et même une de 320 Ms. La difficulté d’accrétion et la faible durée expliquent leur rareté puisqu’elles ne peuvent s’accumuler en nombre au cours du temps. On estime à seulement un millier les étoiles WR sur les 200 milliards de notre Galaxie et à pas plus de 2% les étoiles massives dans notre Univers contemporain !

Plus la masse est importante, plus le creuset de fusion est puissant et se prolonge relativement à la vie de l’étoile. Plus le temps passe, plus les générations d’étoiles massives se succèdent, plus la matière brassée est riche et plus les planètes qui, entre autres astres, se partagent les miettes de leurs systèmes après leur mort, disposent d’une diversité chimique étendue. Les « choses » avancent lentement mais très sensiblement. Au point où nous en sommes l’hydrogène constitue toujours 90% de la matière de l’Univers (en nombre d’atomes) et l’hélium 9% presque comme au début de l’Univers. Cependant, en masse, l’hydrogène ne constitue plus que 75% de l’Univers car les éléments « nouveaux » créés dans les étoiles sont plus lourds et les plus lourds sont de plus en plus abondants*.  C’est pour cela qu’il y a quelques cinq milliards d’années (pour nous situer avant la naissance du Soleil) une planète tellurique comme la Terre n’aurait pas pu disposer des éléments dont nous (êtres vivants) sommes constitués ou plutôt des éléments les plus lourds dans une abondance telle qu’elle aurait permis notre existence. Dans « très longtemps » la proportion de ces mêmes éléments aura changé et les espèces vivantes qui existeront alors, si elles existent encore quelque part, utiliseront sans doute d’autres « cocktails » d’éléments puisque nous sommes le fruit de notre environnement et de notre évolution synchronisée avec cet environnement. Comme toujours lorsque l’on considère l’Univers, il faut bien voir que nous sommes situés non seulement dans l’espace mais aussi dans le temps, à un moment fugace de son histoire. Ce qui s’est produit ne se reproduira pas « toujours » exactement de la même façon avec les mêmes éléments chimiques, briques des mêmes molécules (si un phénomène tel que la vie se reproduit ailleurs dans l’espace et le temps, ce qui n’est pas du tout prouvé). Les différences, tout à fait imperceptibles sur une vie humaine, s’accumuleront jusqu’à devenir visibles un jour lointain, et elles s’amplifieront toujours davantage, continument. « Avant », dans l’espace et le temps, notre vie n’aurait pas été possible, « après », elle sera sans doute profondément différente, si elle n’est pas de toute façon détruite par l’évolution.

* Au « début », il n’y avait que de l’hydrogène dans l’Univers et très vite après le big-bang et avant la surface-de-dernière-diffusion, un peu d’hélium (nucléosynthèse primordiale). A l’intérieur de la bulle de notre Héliosphère, les GCR (Galactic Cosmic Rays) sont composés à hauteur de 2% d’électrons et de 98% de noyaux atomiques. Sur ces 98%, 88% sont des protons (noyaux d’hydrogène), 10% des noyaux d’hélium et 2% des « HZE » noyaux d’éléments lourds, dits « métalliques » (au-dessus de l’hélium). Mais au coeur du Soleil, dans son noyau, là où se fait la fusion,déjà 65% de l’hydrogène a été converti en hélium.

Toutes les étoiles massives ne contribuent pas également à la création de nouveaux éléments lourds. Dans ce domaine les étoiles WR sont les « reines ». Leur spectre qui ne peut être pris que sur les nuages de matière rejetés en abondance, extrêmement lumineux, et non sur la surface de l’étoile qu’ils dissimulent (« raies d’émission » et non « d’absorption »), met en évidence, selon le degré de l’évolution, les raies de l’azote, du carbone ou de l’oxygène (« WN, WC, WO »). En effet c’est à ces éléments après l’hydrogène et l’hélium que s’applique la fusion. Et la masse d’une étoile WR est telle que la fusion se poursuit bien au-delà de ce que peuvent supporter les étoiles plus petites (les étoiles de type solaire s’arrêtent, en partant de l’hélium après que tout l’hydrogène soit consommé, en un peu de carbone, oxygène, néon). Ensuite, lorsqu’elle aura converti l’ensemble de son noyau en fer, l’étoile WR se transformera brutalement en supernova (implosion/explosion) ce qui sera l’occasion d’une nouvelle phase de nucléosynthèse, extrêmement brève mais productive, pour des éléments encore plus lourds que le fer, puis en étoile à neutrons ou en trou-noir, à moins que, insuffisamment massive, elle disparaisse corps et bien en disséminant la totalité de sa matière qui servira de nourriture aux autres astres qui se constitueront après elle. C’est la mort qui donne la vie.

De toute façon, durant toute sa courte vie, l’étoile WR aura alimenté l’espace environnant de sa matière périphérique expulsée en quantité énorme (une masse solaire tous les 30.000 ans, un milliard de fois plus que le Soleil) à grande vitesse par son vent radiatif. Ce vent assimilable évidemment à notre vent solaire (en moyenne 450 km/s) est nettement plus puissant (700 à 3500 km/s) et s’applique non seulement à la matière propre de l’étoile mais à ses enveloppes. L’explosion finale en supernova à quelques 20.000 km/s n’est que l’apothéose de ces éjections.

Les étoiles WR sont ainsi les interfaces entre les étoiles « normales », celles qui sont en-dessous d’elles dans le diagramme de Hertzsprung-Russel, les astres monstrueux que sont les étoiles à neutrons ou les trous-noirs et les nuages de poussière, présents partout dans les galaxies jeunes en attente de concentration et de vie nouvelle. L’Univers est loin d’être immobile, outre l’expansion accélérée qui l’entraîne et le dilate toujours plus, il est animé par toute une série de phénomènes ou intervient la gravité, des explosions, des concentrations, un brassage permanent de gaz et de matière, des fuites à des vitesses inimaginables (mais toujours limitées par celle de la lumière), des regroupements, des déchirements, des émissions de particules plus ou moins massives et de rayonnements (photons, rayons X ou gamma, neutrinos). Au jour le jour nous ne voyons rien que ce qui nous semble une « permanence ». Cette apparence n’est simplement qu’une question d’échelle de temps et de distance.

Illustration de titre : nébuleuse M1-67 entourant l’étoile WR 124, photo Hubble (NASA). L’étoile se trouve à 15.000 années-lumière de la Terre, son diamètre est de 6 années-lumière. La nébuleuse résulte de ses rejets de matière. Crédit image : Hubble Legacy Archive NASA, ESA ; processing et licence Judy Schmidt.

NB : Le fait que « nous devions la vie » aux étoiles WR pour la richesse de leur production d’éléments chimiques, n’exclut pas, bien entendu, que nous devions aussi la vie au Big-bang, précédé éventuellement d’autres éons, et aux étoiles « normales » qui ont enrichi aussi notre Univers en hélium et dans les éléments les moins lourds, tels que le carbone. Ce que je veux dire c’est que les étoiles WR ont été et sont toujours des contributeurs très importants à la complexification du monde et que sans cette complexification, la vie n’aurait pas pu (déjà) émerger de la matière.

Illustration ci-dessous, diagramme de Hertzsprung-Russel :

Lecture :

La splendeur des étoiles massives, par Laurent Drissen aux Presses Polytechniques Universitaires Romandes, “PPUR” (2019).

Lien :

http://www.astronomie-amateur.fr/Projets%20Spectro3%20WR.html

Joyeux Noël!

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Index L’appel de Mars 20 12 01

Retour vers le cocon de notre petit coin d’Univers

Après un grand tour aussi loin qu’il est possible d’imaginer, je voudrais que vous reveniez avec moi dans notre tout petit coin d’Univers, là où « il fait bon chaud » parce que nous sommes chez nous, dans un environnement familier en termes d’espace et de temps.

Dans ce petit coin d’Univers il y a tous les astres que l’homme a connus depuis qu’il regarde le ciel, le Soleil, la Lune et les planètes que l’on peut voir à l’œil nu. A celles-ci se sont ajoutées au fil des derniers siècles, grâce aux premiers instruments d’observation (et aux calculs fondés sur des lois peu à peu comprises), celles qui sont hors de portée de nos yeux, jusqu’à Neptune et à Pluton. Il y a aussi les constellations du Zodiac qui nous accompagnent avec leurs symboles depuis la plus haute antiquité et de temps en temps un météore qui écrit sa trace furtive et silencieuse sur le noir de la nuit. En arrière-plan, tout en douceur, l’immense écharpe de la Voie Lactée, juste pour donner à ce panorama grandiose encore un peu plus de profondeur et de mystère.

Nous sommes ici, sur notre Terre, et nous « contemplons en nous interrogeant » comme toujours nous l’avons fait mais certains d’entre nous aussi « projettent de faire » car depuis très peu, un quantum de temps au regard de l’Artiste qui a peint le tableau, nous pouvons nous mouvoir à l’intérieur de ce que nous voyons. Oh, il n’est pas question d’aller bien loin mais comme nous avons juste commencé et que nous sommes encore « jeunes » nous pensons que « tout » nous sera accessible.

Nous sommes un peu présomptueux. C’est dans le contexte de cette surestimation de nos possibilités, que quelques auteurs de science-fiction, se libérant allègrement de toutes les contraintes physiques, ont osé écrire qu’il suffirait de monter dans notre vaisseau spatial et que nous pourrions aller nous promener dans le domaine de Sirius ou d’Aldébaran pour aller réveiller LA princesse endormie et la ramener pour la présenter à nos parents ou régner là-bas avec elle…Certains, généralement un peu naïfs, y ont cru.

Devenus adultes, certains (parfois les mêmes) ont voulu quand même essayer et se sont mis à réfléchir sérieusement aux vraies possibilités qui s’offraient à nous, compte tenu des capacités réelles de nos technologies, aujourd’hui la propulsion chimique. Le bilan est simple à faire. On peut cocher les cases :

Mercure, vous oubliez ; trop près du Soleil donc trop dangereuse ; il faut ralentir considérablement pour pouvoir se mettre en orbite autour d’elle et donc, de freinages en freinages, le voyage dure forcément plusieurs années (7 ans pour la sonde Bepi Colombo !). Par ailleurs, la face de la planète exposée au Soleil est beaucoup trop chaude (irradiance 12.000 W/m2 et température 700 K) et la face opposée beaucoup trop froide (90 K), sans compter qu’il n’y a aucune atmosphère pour lisser ces conditions. Kim Stanley Robinson a imaginé qu’on pourrait s’installer juste sur le terminateur et se déplacer dans un train en sens inverse de la progression de la lumière solaire sur des rails qui, en arrière du dernier wagon, se dilateraient avec la chaleur ; cela me semble vraiment trop risqué. Pas vous?

Vénus, toujours trop chaude (irradiance 3140 W/m2) mais surtout enveloppée d’une atmosphère incroyablement épaisse jusqu’à en être presque liquide en surface et générant par effet de serre une température insupportable pour nos instruments et a fortiori pour nos pauvres corps de chair et d’eau. Et qu’on ne me parle pas d’aller croiser dans la haute atmosphère au milieu des nuages d’acide sulfurique. Ce ne serait pas plus raisonnable que de se déplacer avec le terminateur de Mercure !

Jupiter (irradiance 50 W/m2) et Saturne (irradiance 10 W/m2) sont trop éloignés et dans le noir puisque les rayons du Soleil ne les éclairent presque plus pour nos yeux réglés sur l’irradiance solaire de l’orbite terrestre (1360 W/m2).

Ne songeons même pas aux lunes d’Uranus ou de Neptune (y compris Titan !) ou à Pluton, inaccessibles dans un temps de voyage raisonnable…et tellement froids.

Reste la Lune, Mars et rien d’autres, toujours en termes d’accessibilité physique, bien sûr, car il faut continuer à observer toujours aussi loin que possible avec les merveilleux instruments dont nous disposons aujourd’hui. C’est sur ces deux-là qu’il faut nous concentrer et oublier tout le reste. Nos descendants verront bien ce que, eux, pourront faire en fonction des progrès technologiques qu’au cours du temps nous-mêmes, nos enfants, nos petits-enfants ou arrière-petits-enfants (je m’arrête là ne sachant pas très bien le temps qui sera nécessaire) auront pu accomplir.

Alors la Lune, oui, bien sûr mais je vous ai déjà dit que « je ne suis pas très chaud ». Je ne sais pas s’il faut la voir comme une première étape pour aller ensuite vers Mars ou si notre tentative d’implantation ne risque pas de nous en dégouter. Ce sera dur de vivre sur la Lune pour les raisons que j’ai déjà exposées mais que je répète : Alternance jour/nuit de 14 de nos jours ; pas facile pour faire pousser des fruits et légumes sous serres éclairées par de la lumière naturelle ! Absence quasi-totale d’eau et ce n’est pas la découverte récente qui a montré qu’elle est présente en quantités infinitésimales dans le sol de surface (100 à 412 ppm, 100 fois moins que dans le Sahara; comment l’exploiter !) qui me fera changer d’avis. Absence totale d’atmosphère ; ce qui signifie absolument aucune protection contre les radiations spatiales (mais ce n’est pas le plus grave car on peut toujours vivre sous terre et sortir en surface en cas de besoin ou d’envie). Gravité très faible (0,16g) ce qui gêne considérablement la locomotion en forçant au sautillement (on l’a vu lors des missions Apollo) et l’équilibre si l’on porte au dos son équipement de survie (où ailleurs pourrait-on le mettre ?), sans oublier que la microgravité n’est certainement pas bonne pour la santé. Etant donné que l’on pourra toujours agir en direct sur la Lune par robots interposés (pratiquement pas de « time-lag » – décalage de temps – avec la Terre) et que l’on pourra toujours y aller à la date qu’on voudra, le « trade off » coût + difficultés de l’implantation sur avantages de l’implantation sera toujours défavorable. Le seul « village » que l’on peut envisager, c’est une base stockant des équipements d’étude et d’observation, rejointe lorsque ce sera nécessaire, par des personnes venant les poser, les régler, les entretenir, ou prélever des données/échantillons préalablement collectés par des robots, avec des ressources et des vivres venant de la Terre (comme l’on fait quand on va en Antarctique).

Par contraste l’on voit bien l’intérêt d’aller s’installer sur Mars. Tout de suite je voudrais insister sur le fait que Mars est déjà suffisamment « loin » pour qu’il y ait un « time-lag » important, qu’on ne peut y accéder que lorsque les fenêtres de départ sont ouvertes (et ces fenêtres ne le sont qu’un seul mois tous les 26 mois) et que l’exposition aux radiations spatiales est plus importante pendant le voyage (qui est long) que sur la planète de destination. Rien que ces trois raisons poussent à s’installer sur Mars de façon durable (en ne prenant en compte que les motivations scientifiques qui nous poussent parallèlement à aller sur la Lune) ; pour pouvoir véritablement y travailler (puisqu’on ne peut commander les robots en direct) ; pour pouvoir y vivre confortablement (vivre une mission sur la Lune de 15 jours ou un mois, n’est pas la même chose que vivre 18 mois sur Mars encadrés de deux fois 6 mois de voyage) ; pour éviter de faire de multiples voyages éprouvants sur le plan radiatif (Mars se trouve sans doute à la limite de ce qu’on peut supporter continument au cours d’un voyage et de toute façon il faudra éviter de faire plus de 3 allers et retours dans sa vie du fait de l’accumulation des doses). En dehors de ces points très importants, je rappellerai que sur Mars, nous avons de l’eau en quantités exploitables (banquises de glace en de nombreux endroits) ; une atmosphère qui présente deux avantages, le premier c’est que bien que peu dense (pression 610 pascals en moyenne), elle donne une certaine protection contre les radiations et les micrométéorites (« mieux que rien »), le deuxième c’est qu’étant composée à 95% de gaz carbonique, elle est une source, d’exploitation facile, d’oxygène (pour respirer et fournir du comburant à la propulsion), de carbone et de méthane (carburant pour la propulsion).

Donc pour moi, la seule implantation qui mérite d’être envisagée c’est bien celle sur Mars et pour la faire vivre, c’est-à-dire lui procurer des revenus sur le long terme qui ne coûtent rien aux Etats, il faut envisager un minimum de vols tous les 26 mois (disons, rapidement une dizaine dans chaque sens) pour obtenir des coûts unitaires de transport suffisamment bas, et ouvrir aussi largement que possible ces vols à des personnes non-spécialistes, scientifiques ou ingénieurs, je veux dire des « touristes » (qui peuvent néanmoins venir pour des raisons très utiles à la communauté) afin d’accéder à leur épargne et éventuellement de bénéficier de leurs investissements.

Vivre sur Mars présentera des inconvénients : sorties obligatoirement en combinaison pressurisée et avec des bouteilles d’oxygène, absence d’eau courante et de végétation dans le paysage, poussière collante et omniprésente (puisqu’il n’y a pas d’eau courante), chutes non exceptionnelles de micrométéorites jusqu’au sol puisque non consumées dans l’atmosphère. Cependant Mars sera aussi un monde magnifique dans son austérité, comme le désert d’Atacama ou le Hoggar et il y aura autant d’oasis que l’on créera d’implantations humaines. Ce sera une « nouvelle-frontière » comme disent les Américains, un monde « neuf » ou tout sera possible, où l’ingéniosité et la création ne seront limitées que par notre capacité de faire, un monde où l’entreprise, construite sur l’utilité et le pragmatisme, sera sanctionnée uniquement par l’échec ou la réussite, un monde où la réussite et la rémunération seront la contrepartie du travail et de la persévérance, un monde de liberté en dépit des contraintes fortes sur la vie. Alors dans ce tout petit coin d’Univers aux dimensions effrayantes, la Terre ne sera plus la seule planète habitée et en regardant le ciel, les hommes qui seront restés ici sauront que de l’autre côté du nouvel Océan, à moins d’une demi-heure-lumière de chez eux, ils pourront compter sur l’« autre », un vrai réconfort compte tenu des dangers et de notre fragilité.

Illustration de titre (crédit NASA),

Le système solaire « en poupées russes » (de gauche à droite) : Le système solaire interne depuis le Soleil jusqu’à la Ceinture d’Astéroïdes n’est qu’un point à l’échelle du même système incluant les planètes extérieures et la Ceinture de Kuiper. Ce même système planétaire n’est lui-même qu’un point à l’échelle du système solaire dans son entier à l’intérieur de la « coque » du Nuage de Oort qui l’enveloppe. On arrive ainsi jusqu’à quelques 2 années lumières de notre Soleil (imprécision sur le Nuage de Oort extérieur). Mars évolue entre 3 et 25 minutes-lumière de la Terre ; la plus proche étoile, Proxima Centauri, se trouve à 4,3 années-lumière et le diamètre de la Voie-lactée est de 100.000 années-lumière. On voit bien que Mars et la Terre sont extrêmement proches à ces différentes échelles. Mars est bien « la seule planète accessible la moins inhospitalière ».

Ci-dessous autre représentation du système (crédit NASA), de gauche à droite, de haut en bas et de droite à gauche (à la boustrophédon): 1. Système solaire interne jusqu’à Jupiter; 2. Système solaire externe; 3. Inclusion de Sedna, planète naine à l’orbite excentrique, pénétrant profondément dans la Ceinture de Kuiper; 4. le Système à l’intérieur du nuage de Oort.

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Index L’appel de Mars 20 12 01

Quel destin pour les trous noirs…et pour nous?

L’évaporation des trous noirs est un phénomène dont la possibilité a été démontrée par Stephen Hawking dès 1974 mais qui n’est pas encore observable parce qu’il est très discret. Leur évaporation totale implique certaines conditions et requiert un processus extrêmement long mais n’est théoriquement pas impossible (il a sans doute déjà abouti pour les plus petits micro-trous-noirs, s’ils existent). En fait, tout pourra s’accélérer avec l’abaissement, dans très, très longtemps, de la température du fond-diffus-cosmologique (« FDC » ou en Anglais « CMB », « Cosmic Microwave Background ») dans laquelle nous baignons, en-dessous de celles des trous-noirs « stellaires », « intermédiaires » ou « supermassifs ». Etant les astres les plus denses, ceux-ci seront les derniers de notre Univers mais avant leur très lointaine et encore hypothétique disparition, ils « feront encore beaucoup parler d’eux » du fait de leurs forces d’attraction et de destruction tout à fait considérables.

Je rappelle quelques caractéristiques utiles pour comprendre les trous-noirs. Premièrement, ce sont des corps de masse suffisamment élevée par rapport à leur volume pour que leur vitesse de libération soit supérieure à celle de la lumière. C’est à dire que pour échapper à leur force d’attraction juste au-dessus de leur « horizon-des-événements » (jusque là où notre regard peut collecter de l’information), même un rayonnement d’énergie pure donc de masse nulle devrait se déplacer à une vitesse supérieure à celle de la lumière, ce qui est impossible d’après les lois de la physique. Deuxièmement, à la limite des trous-noirs  la force de marée est d’autant plus forte que le trou-noir est petit (parce qu’on est plus près de sa « singularité », son centre de gravité vers quoi toute masse et toute énergie convergent). Troisièmement on sait ce qui rentre mais on ne sait pas ce qu’il y a dans un trou-noir. On le déduit puisqu’on ne peut l’observer, mais il est probable qu’à sa singularité il ne peut y avoir ni molécule, ni atome, simplement des constituants de ces derniers (des quarks ?) et bien sûr de l’énergie, un peu comme dans le noyau de l’Univers juste après le Big-bang (certains d’ailleurs assimilent le Big-bang à l’explosion d’un trou noir extrêmement massif). Quatrièmement les trous-noirs sont des corps extrêmement froids mais ce sont des objets thermiques (plus précisément le meilleur exemple d’un « corps-noir » puisqu’ils absorbent toute énergie électromagnétique qu’ils reçoivent sans la réfléchir ni la transmettre) et leur différence de température par rapport à celle du FDC, négative (comme actuellement, sauf pour les plus petits, éventuels) ou positive (beaucoup plus tard et petit à petit en fonction de leur taille) est essentielle à son fonctionnement.

L’idée du trou-noir (ou d’une force de gravité telle qu’elle puisse retenir même la lumière) existe depuis Isaac Newton. Elle a été développée par Karl Schwarzschild puis Robert Oppenheimer mais c’est sans doute Stephen Hawking et Jacob Bekenstein qui ont fait faire le plus de progrès à notre compréhension du phénomène. Aujourd’hui on s’est mis d’accord sur les caractéristiques qui le définissent (masse, moment cinétique, éventuellement charge électrique), sur ses différents types (trou-noirs microscopiques primordiaux, stellaire, intermédiaires, supermassifs. On sait comment ils se forment et où l’on va trouver les supermassifs (quasars, centres galactiques) à moins qu’il existe aussi dans l’espace vide de tels trous noirs nus, sans aucune matière alentour. On se pose toujours des questions sur la réalité des trous-noirs microscopiques (primordiaux) puisqu’on ne peut pas les observer (trop petits !). Stephen Hawking a compris que les trous-noirs avaient une entropie et que cette entropie était proportionnelle à la surface de leur horizon des événements. Il a ajouté que puisque les trous noirs avait une entropie, ils devaient avoir une température non nulle et s’ils avaient une température, ils étaient susceptibles d’échanges thermiques et devaient éventuellement, à ce titre, émettre un rayonnement soit négatif, soit (plus tard) positif selon la température de l’environnement.

Mais ce rayonnement thermique n’est pas le seul. Il y en a un second, le « rayonnement de Hawking », tout à fait particulier, qui résulte de l’interaction de la masse du trou-noir avec son environnement immédiat dans le cadre de la physique quantique. Sa théorisation met en évidence que même en l’absence de toute matière qui viendrait à se trouver dans sa sphère gravitationnelle (définie par son horizon des évènements mais aussi, avant de l’atteindre, par son ISCO – dernière orbite circulaire stable), un trou noir n’est pas totalement isolé de cet environnement. Il interagit sur lui c’est-à-dire qu’il le modifie et que l’environnement le modifie lui-même. Cela semble à première vue impossible puisque le trou-noir est « noir » parce que, par principe, « rien » ne peut en échapper, pas même la lumière. Mais Stephen Hawking a montré que ce n’était pas tout à fait vrai. Le trou-noir interagit avec le vide parce qu’en fait le vide n’est pas tout à fait vide et que du fait de sa force gravitationnelle, le trou-noir exerce sur ce vide une force de marée. Cela suffit pour une certaine interaction.

En effet le vide n’est pas le néant. C’est un « vide-non-vide » car il fourmille de « vie » potentielle. A chaque « instant », selon la « théorie quantique des champs », une multitude de couples de particules et d’antiparticules suscitées par les champs de bosons qui sont la trame de l’Univers, surgissent du néant et s’annihilent mutuellement, immédiatement et ce dans une fluctuation éternelle.

Dans les environnements « normaux » on ne voit nulle trace de ces particules virtuelles mais non dans l’environnement des trous noirs car la force d’attraction gravitationnelle de ceux-ci y est telle que l’une des particules du couple particule/antiparticule peut être saisie, séparée de sa contrepartie par « force de marée » avant que l’annihilation se produise, et absorbée par le trou-noir. Actuellement ce sont des particules sans masses qui sont ainsi capturées, donc des photons surgissant comme les autres particules, en couple. Le photon et ce qu’on peut appeler l’« anti-photon » (bien que la différence entre les deux soit plus subtiles qu’entre les particules dotées d’une masse) sont émis dans le même faisceau mais la force de gravité qui s’exerce sur eux, crée un effet élongation de la fréquence d’onde qui les dissocie, l’anti-photon étant davantage « freiné » que le photon. Le trou-noir marque ainsi une préférence pour la particule « négative » qui résulte de sa faiblesse relative au sein de la même paire. La particule survivante, positive, peut alors échapper au champ gravitationnel tandis que le trou-noir qui a exprimé son énergie par exercice de sa force de marée, a, du fait de cette dépense, perdu en énergie. Il rétrécit et refroidit ; c’est la fameuse « évaporation ». Le surgissement de la particule du vide, qui peut sembler comme une « production » du trou-noir puisqu’il va en même temps avoir une répercussion dans l’autre sens à l’intérieur du trou-noir, est donc clairement initiée à l’extérieur de celui-ci. Evidemment l’effet de cette interaction est infinitésimal pour un seul couple de photons mais à grande échelle, elle ne l’est pas (même si elle reste extrêmement faible).

Plus la masse du trou-noir est importante, moins la force de marée est forte (ou plus la transition entre l’intérieur et l’extérieur est douce) et plus il est froid. Ce sont donc les trous-noirs les plus petits (rapport surface/volume le plus élevé donc le plus favorable au processus et aussi, température moins basse car la masse est moins importante) donc les moins froids qui ont l’évaporation la plus forte. On pourrait constater le phénomène sur des micro trous-noirs (par exemple un trou-noir de la taille d’un proton et d’une masse de 109 tonnes), sortes de grumeaux échappés de l’explosion primordiale (lors de l’éclatement de la Surface-de-dernière-diffusion) et dit justement « trous-noirs primordiaux », car leur température serait très proche de celle du CMB (vers 2,728 K). Malheureusement on n’a pas pu jusqu’à présent observer de tels trous-noirs et l’évaporation des plus gros est tellement faible (température d’un dix millionième de K pour un trou-noir de masse solaire) qu’elle sera elle aussi très difficile à observer. Reste les simulations en laboratoire. L’Institut de Technologie d’Israël en a fait une « analogue » avec du son figé dans le froid extrême (voir illustration de titre et lien ci-dessous).

Les températures des « gros » trous noirs (stellaires, intermédiaires ou supermassifs) sont extrêmement basses, bien en dessous de la température du FDC. Ils absorbent donc plus de radiations qu’ils en émettent, grossissent et se refroidissent toujours plus. Ils ne perdront de la masse, par rayonnement de Hawking, que lorsque leur température aura dépassé celle du FDC, c’est-à-dire dans le très lointain future ou la température du FDC sera descendue en-dessous de la leur.

Au « début », disons « actuellement » à l’échelle des temps cosmiques, seules des particules énergétiques, sans masse, les photons, peuvent s’évaporer. Mais on peut imaginer que cela changera avec la diminution puis l’inversion du différentiel de température avec l’extérieur. Les trous-noirs pourront alors rayonner selon le même principe, des éléments plus « lourds », des neutrinos puis des quarks et finalement peut-être exploser (comme peut-être notre propre Univers a explosé lors du Big-bang, si tant est qu’il soit lui-même un trou-noir).

Mais le chemin sera long car si on est parti de quelques 3000 K lors du CMB, on est, après 13,8 milliards d’années, descendus à 2,728 K et le refroidissement suit une courbe asymptotique vers un zéro qu’il n’atteindra peut-être jamais. Les trous noirs de taille solaire (et d’un rayon de 3 km) ont une température de 6 10^-8 K et s’évaporent en 10^67 années, soit 10^57 fois l’âge de l’Univers actuel ! Les trous-noirs du type de celui qui est au centre de notre galaxie, SgrA* (comme probablement celui qui est au centre de la galaxie d’Andromède) a une masse de 4,4 millions de Soleils (et un rayon de 10^10 m), une température de 10^-14 K et un temps d’évaporation de 10^87 années, soit 10^77 fois l’âge de l’Univers actuel (certains prétendent même que l’évaporation totale de ces trous noirs et des plus massifs ne serait pas possible).

***

Mais, avant leur éventuelle disparition, les trous noirs vont encore « faire parler d’eux ». Vous savez que la Galaxie d’Andromède et notre Voie-lactée se rapprochent au sein du Groupe-local. Le décalage vers le bleu (« blue-shift ») de ses étoiles en témoigne. Elles se trouvent encore à 2,537 millions d’années-lumière de distance mais ce n’est pas grand-chose au regard des dimensions de l’Univers (le Big-bang est aujourd’hui à quelques 46 milliards d’années-lumière bien qu’il ait eu lieu il y a 13,8 milliards d’années). Leur vitesse de rapprochement est de 130 km/s et il faudra environ 4,5 milliards d’années pour que la collision ait lieu. Que va-t-il se passer au contact qui, nous dit-on, sera frontal ? Si elles se rapprochent c’est que leurs masses s’attirent réciproquement. Dans chacune de ces masses, ce qui compte le plus puisque cela donne cohérence à l’ensemble, c’est le bulbe central de la galaxie et, au centre, le trou-noir supermassif central qui « pèse » environ 1/1000 de la masse contenue dans le bulbe. Quand les deux galaxies se toucheront (à la fois très vite en termes de vitesse absolue et très lentement en termes de vitesse par rapport à leur taille), ce sera un véritable (mais très long) feu d’artifice du fait des perturbations engendrées. Des nuages de gaz internes aux galaxies se concentreront, des étoiles naîtront de ces concentrations, il y aura bien sûr des rencontres entre les astres des deux galaxies malgré les distances énormes et le vide qui les séparent, et des fusions de tout type d’étoiles. Imaginez aussi le festin que le trou-noir de l’une et de l’autre pourront faire avec les astres qui se trouveront sur leur passage et qui étant de plus en plus nombreux vers le centre de gravité commun, formeront comme une nourriture de plus en plus dense et aussi parce que les directions de trajectoires des deux galaxies ne seront pas harmonisées entre elles. Ensuite, du fait de la force d’attraction gravitationnelle et de l’accrétion de plus en plus abondante de matière, la masse de l’un et l’autre trou-noir central devrait augmenter considérablement. La masse va à la masse et il serait naturel qu’après de très longues orbites en spirales de l’un autour de l’autre, il y ait fusion, comme lorsque deux planètes se rencontrent il y a fusion des corps et descente au centre de gravité commun des éléments les plus lourds pour former un nouveau noyau. Vous imaginez le choc et le spectacle, et la production soudaine et terrible d’énormes ondes gravitationnelles. Heureusement ou malheureusement (?) nous ne serons pas témoin de cette rencontre car elle se situera dans autant de temps que nous sommes séparés aujourd’hui de la naissance du Soleil, et ce dernier sera en fin de vie, une géante rouge et boursouflée jusqu’à Mars, notre Terre n’étant plus qu’un souvenir…dans la tête de personne, à moins qu’une forme d’intelligence issue ou non de l’homme (très probablement non, vue la durée qui nous sépare de cette époque) puisse en être témoin et vivre ainsi une expérience grandiose.

Les trous-noirs sont ainsi incontestablement des dangers pour tout ce qui existe mais on peut aussi les voir comme des soleils même s’ils sont noirs car ils sont également créateurs. Ce sont eux qui « tiennent » le cœur des galaxies et qui génèrent la course des étoiles autour d’eux comme un maelstrom génère un trou en spirale à la surface de l’Océan, favorisant les mélanges et les rencontres tout en semant la destruction. Les nouvelles étoiles, les supernovæ, les fusions d’étoiles, tout événement cataclysmique générateur d’éléments chimiques « métalliques » de plus en plus lourds et de plus en plus abondants dont demain sera fait, leurs doivent l’accès à la lumière.

Alors un jour peut-être tout cela disparaîtra dans une évaporation générale de toute matière et l’Espace sera vide et noir, un trou noir sans trou noir, fourmillant toujours de couples particules/antiparticules s’autodétruisant mais il n’y aura plus rien pour ajouter du désordre. L’entropie sera maximum et un nouvel « éon » pourra alors commencer…si Roger Penrose avait raison. Mais cela est vraiment très incertain et très, très loin.

Illustration de titre :

Analogie avec le son gelé, expérimentée en 2016 par le professeur Jeff Steinhauer de l’Institut de Technologie d’Israël :

https://trustmyscience.com/le-rayonnement-de-hawking-confirmation-et-preuves/

Illustration ci-dessous : Diagramme espace-temps schématisant le rayonnement de Hawking. Crédits : Northern Arizona University.

Références :

Le rayonnement de Hawking dans http://www.scholarpedia.org/article/Hawking_radiation

NB : Je remercie Christophe de Reyff pour l’aide qu’il m’a apportée pour mieux comprendre la matière de cet article.

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