Les tribulations d’un astronome

Énergie noire

mardi 1er juin 2010 par Guillaume Blanc

Non, je ne vais pas vous raconter l’épisode XXXIV de La Guerre des Étoiles, nous allons au contraire rester les pieds bien sur Terre, tout en levant néanmoins un coin du voile sur quelque mystère du firmament. Quoique... Peut-être qu’au contraire le mystère va s’épaissir au final. Nous verrons.

Il est une branche de l’astrophysique qui essaye de comprendre l’univers qui nous entoure dans son ensemble. Il s’agit de la cosmologie, qui n’a rien d’une science hermétique, malgré un -logie partagé avec des pseudo-sciences que je préfère occulter. L’univers dans sa globalité et dans sa généralité, donc. Comment il est apparu (encore un grand mystère), comment il évolue, quel sera son avenir, que contient-il, etc... Je m’en vais vous conter une histoire qui a quelque peu ébranlé ce petit monde de la cosmologie ces dernières années.

Avant d’en venir au fait, je dois passer par une petite digression pour vous expliquer ce que sont les supernovæ. Donc, les supernovæ, ce sont des étoiles qui explosent. Une étoile qui meure, en donnant paradoxalement naissance à une étoile nouvellement visible dans le ciel qui va briller quelques temps avant de s’éteindre définitivement. Comment peut-on en arriver là ? Au terme de leur vie, la plupart des étoiles s’éteignent en « naines blanches », astres morts d’une incroyable densité. Environ la moitié de ces astres est jumelée avec une étoile encore dans la force de l’âge. Ce qui ne va pas empêcher cette dernière de se faire vampiriser sans vergogne par sa compagne d’une intense gravité. De fait, la masse de la « naine blanche » augmente doucement, mais sûrement. Jusqu’à un certain point. Au-delà duquel, ça se passe mal. Très mal. Tout fout le camp. Ça explose. Et une étoile qui explose, ça fait du raffut. Pas de bruit. Mais de la lumière, des particules, bref, un paquet d’énergie qui envoie tout valser dans les alentours. Et des morceaux qui volent dans le milieu interstellaire environnant. Une explosion, quoi ! Fusion thermonucléaire, comme une bombe H, mais en pire. En plus gros. De fait, un truc pareil brille autant qu’une galaxie toute entière pendant plusieurs semaines. Heureusement (quelque part), ces évènements sont assez rares, somme toute : en moyenne un par millénaire à l’échelle d’une galaxie comme la notre, la Voie Lactée, qui abrite environ 100 milliards d’étoiles, ce qui fait peu de risque de se prendre un morceau de naine blanche dans la tronche.

Et parce que ces supernovæ sont super-brillantes, on peut les voir de loin. De très loin, même. De plus elles ont la particularité d’émettre toutes la même quantité de lumière. Plus ou moins. En connaissant cette quantité de lumière, et en mesurant la lumière qui nous parvient de ces astres lointains, on peut déterminer la distance à laquelle ils se trouvent, un peu comme on peut apprécier la distance d’une bougie dans l’obscurité. Ce sont ainsi des jalons posés dans l’univers obscur.

Mais ces jalons sont des évènements rares — hélas ! — et surtout imprévisibles. L’unique recours est de s’en tenir à la statistique : une par millénaire et par galaxie ? Qu’à cela ne tienne : si on scrute mille galaxies, on a une chance d’en voir une par an. Et si on surveille quatre cent mille galaxies, on devrait pouvoir en récupérer une par jour ! C’est donc sur la base de cette simple règle de trois qu’une poignée d’astronomes précurseurs sont partis, à la fin des années quatre-vingt en quête de ces supernovæ « lointaines »... La quête fut semée d’embûches, car si l’univers compte des milliards et des milliards de galaxies, en observer simultanément plusieurs centaines de milliers n’est pas une mince affaire.

Pas facile non plus de repérer une éventuelle nouvelle étoile, supernova de son état, sur une image qui contient des milliers d’objets, étoiles, galaxies, et autres artefacts divers et variés ! La technologie numérique est venue à la rescousse de ces pionniers : en prenant deux clichés d’un même coin du ciel à un mois d’intervalle et en faisant la différence entre les deux, à l’aide de programmes informatiques très sophistiqués, on récupère ce qui est apparu entre les deux époques. Ça a fini par marcher. En 1992, la première supernova dans une galaxie lointaine est détectée. D’autres ont suivi. Auparavant, seuls des évènements de ce type dans les galaxies de la « banlieue » de notre Galaxie étaient observés, car facilement détectables « à l’œil », au hasard des explosions... La quête des supernovæ entrait donc dans sa phase industrielle.

L’objectif était clair : réunir suffisamment de jalons pour mesurer les paramètres qui régissent l’évolution de notre Univers. Rien de moins. Ainsi fut fait dans les années quatre-vingt-dix au prix d’un travail acharné. En 1998, deux équipes publiaient leurs résultats qui révolutionnèrent quelque peu le petit monde de la cosmologie. On pensait alors — légitimement — que l’expansion de l’univers était tranquillement en train de décélérer, la gravitation faisant son œuvre, en ralentissant la fougue des galaxies initialement propulsées par l’« explosion » initiale, le « Big Bang ».

Expansion relativement bien expliquée par le paradigme du Big Bang, justement, création d’un espace-temps qui tisse sa toile et s´étend en emportant dans son élan la matière à laquelle il sert de support. En conséquence de quoi les galaxies s’éloignent les unes des autres. Mais cette expansion devrait s’essouffler avec le temps, puisque la gravité fait que les galaxies s’attirent, elle devrait ainsi se ralentir. Or les mesures effectuées à l’aide de plusieurs dizaines de supernovæ montraient exactement l’inverse ! Les résultats publiés par les observateurs indiquaient clairement que non seulement les galaxies s’éloignent les unes des autres, mais elles le font de plus en plus vite : l’expansion de l’univers accélère ! De fait, voyant surgir des observations un résultat exactement opposé à ce à quoi ils s’attendaient, les astrophysiciens crurent à une erreur d’analyse. Ils recommencèrent. Même résultat.

Il fallu finalement se rendre à l’évidence, l’expansion de l’univers est en pleine phase d’accélération. De quoi offrir quelques nuits blanches aux plus grands théoriciens, pour comprendre comment une force attractive, la gravitation, pouvait faire se repousser des objets massiques tels que les galaxies... Il faut reconnaître que cela défit le sens commun (encore que le sens commun est souvent mis à rude épreuve sur ces distances... cosmologiques !) De nombreuses hypothèses virent le jour. Hypothèses qui revêtent la forme d’une substance mystérieuse omniprésente, que faute d’imagination débordante, fut baptisée énergie noire. Sous son travers obscur, elle revêt différent habits, non moins fantomatiques : constante cosmologique, énergie du vide, quintessence, k-essence, gaz de Chaplygin, champs de tachyon, branes, etc. Comme je n’ai pas la moindre idée de la signification de ce charabia, je n’en jetterais pas plus. Reste que cette substance permettrait aux galaxies de se repousser sous l’effet de la gravitation !??!? Un peu comme l’éther permettait à la lumière de se propager pour la physique de la fin du XIXe siècle.

Depuis ce résultat a été confirmé par d’autres observations connexes, il est clairement admis par l’ensemble de la communauté. Reste que personne n’a la moindre idée de la nature de cette mystérieuse « énergie noire » qui engendre une répulsion entre les galaxies. Ce que les observations en cours tentent néanmoins de contraindre, à défaut d’expliquer... Cent ans après l´éther, une nouvelle crise de la physique ?


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