Pour nous donner une idée de ces distances, le physicien Robert Jastrow a proposé la comparaison suivante: Si le soleil avait la taille d’une orange, la terre serait grosse comme un grain de sable et tournerait autour de lui à une distance de 9 mètres. Jupiter ne serait pas plus gros qu’un noyau de cerise et tournerait autour de l’orange à la distance d’un pâté de maisons. Quant à Pluton, elle serait un autre grain de sable éloigné de dix pâtés de maisons. À cette échelle, l’étoile la plus proche du soleil, Alpha du Centaure, serait éloignée de 2 100 kilomètres, et l’ensemble de la Voie lactée ressemblerait à un amas d’oranges d’un diamètre global de 30 millions de kilomètres, les oranges se trouvant à quelque 3 200 kilomètres les unes des autres. Même à une échelle aussi réduite, les chiffres perdent vite toute signification.

Les distances ne sont pas le seul sujet d’étonnement. En levant le voile sur les secrets de l’univers, les scientifiques ont mis en évidence des phénomènes très particuliers. Les étoiles à neutrons par exemple. Celles-ci sont constituées d’une matière si dense qu’une simple cuillerée à café pèserait aussi lourd que 200 millions d’éléphants. Il y a également ces minuscules étoiles appelées pulsars, dont l’une “bat” quelque 600 fois à la seconde.

L’univers nous livre certains de ses secrets

CE 4 JUILLET de l’an 1054, tôt le matin, Yang Wei Te scrutait le ciel. Astronome officiel de la cour impériale de Chine, c’est avec minutie qu’il observait le mouvement des étoiles. Soudain, son attention fut attirée par une lumière intense proche de la constellation d’Orion.

Une “étoile invitée” — c’est ainsi que les Chinois de l’Antiquité appelaient ce genre de phénomène rare — venait de faire son apparition. Après en avoir respectueusement fait part à l’empereur, Yang nota que l’“étoile invitée” était devenue si brillante que son éclat surpassait même celui de Vénus; de fait, pendant plusieurs semaines, elle était visible en plein jour.

Neuf cents ans devaient encore s’écouler avant que l’on explique convenablement l’événement. On pense aujourd’hui que cet astronome chinois observa une supernova, c’est-à-dire les phases ultimes et cataclysmiques de la vie d’une étoile massive. Les causes de ces phénomènes extraordinaires constituent l’une des nombreuses énigmes que l’astronomie tente d’élucider. La suite de cet article présente un scénario que les astronomes ont péniblement élaboré en guise d’explication.

Les étoiles semblables à notre soleil ont une vie stable et extrêmement longue. Néanmoins, leur formation et leur mort donnent lieu aux spectacles célestes les plus impressionnants qui soient. Les scientifiques pensent que la vie d’une étoile commence au sein d’une nébuleuse.

Nébuleuses. On appelle nébuleuse un nuage interstellaire composé de gaz et de poussières. Les nébuleuses comptent parmi les corps célestes nocturnes les plus magnifiques. Celle qui est imprimée sur la couverture de ce périodique porte le nom de nébuleuse Trifide (ou nébuleuse divisée en trois lobes). L’émission de couleur rosée est due à la présence d’étoiles jeunes.

Apparemment, des étoiles se forment dans une nébuleuse quand la matière diffuse se condense sous l’effet de la force de gravitation dans des régions gazeuses en phase de contraction. Ces immenses ballons de gaz se stabilisent quand leur température devient suffisante pour que les réactions nucléaires se déclenchent en leur cœur, réactions qui les empêchent de continuer à s’effondrer. C’est ainsi que naissent les étoiles, et comme les naissances sont souvent multiples, il se forme un amas stellaire.

Amas stellaires. La photographie de la page 8 nous montre un petit amas appelé “L’écrin de pierres précieuses”, qui serait âgé de quelques millions d’années seulement. Il doit son nom à la description pittoresque que l’astronome John Herschel en fit au XIX^e siècle: “un coffret de pierres précieuses multicolores.” On sait que notre galaxie contient à elle seule plus d’un millier d’amas semblables.

L’énergie des étoiles. Une étoile naissante se stabilise quand son noyau est embrasé par le feu nucléaire. Elle commence alors à convertir l’hydrogène en hélium selon un processus de fusion quelque peu comparable à ce qui se passe lors de l’explosion d’une bombe à hydrogène. La masse d’une étoile typique comme le soleil est telle que l’astre peut brûler son combustible nucléaire pendant des milliards d’années sans épuiser ses réserves.

Mais que se passe-​t-​il quand cette étoile consomme à la longue tout son hydrogène combustible? Eh bien, elle épure son hydrogène dans les régions centrales. La contraction de son cœur s’accentue et provoque alors une élévation de température. Pendant ce temps, l’enveloppe de l’étoile se dilate considérablement de sorte que son rayon atteint jusqu’à cinquante fois sa valeur initiale, parfois davantage. L’étoile est devenue une géante rouge.

Géantes rouges. Une géante rouge est une étoile dont la surface est relativement froide; elle nous apparaît donc rouge plutôt que blanche ou jaune. Cette période de la vie d’une étoile est relativement brève et s’achève — quand la plupart des réserves d’hélium s’épuisent — dans un feu d’artifice cosmique. En effet, l’étoile, qui continue de brûler son hélium, expulse alors ses couches externes, donnant naissance à une nébuleuse planétaire dont le rayonnement est dû à l’énergie qu’elle reçoit de l’étoile mère. Finalement, l’étoile s’effondre au point de devenir une naine blanche peu lumineuse.

Cependant, si, à l’origine, l’étoile est suffisamment massive, c’est elle qui finit par exploser. Le phénomène est appelé supernova.

Supernovae. Le vocable supernova désigne l’explosion qui marque la fin d’une étoile primitivement beaucoup plus massive que le soleil. Une quantité phénoménale de poussières et de gaz est alors éjectée dans l’espace par de violentes ondes de choc à des vitesses de plus de 10 000 kilomètres par seconde. L’éclat de l’explosion est tellement intense qu’il est plus lumineux qu’un milliard de soleils. Un diamant scintillant apparaît dans le ciel. L’énergie libérée par une seule supernova représente l’équivalent de toute l’énergie rayonnée par le soleil pendant 9 milliards d’années.

Neuf cents ans après que Yang a observé sa supernova, les débris éparpillés de cette explosion sont toujours visibles aux astronomes sous la forme d’une structure appelée nébuleuse du Crabe. Ce n’est toutefois pas la seule chose que la supernova a laissé derrière elle. En effet, au centre de cette nébuleuse, les astronomes ont découvert un objet minuscule tournant sur lui-​même 33 fois par seconde, baptisé pulsar.

Pulsars et étoiles à neutrons. On entend par pulsar le noyau de matière ultradense en rotation rapide résultant d’une explosion de type supernova, et dont la masse n’excède pas trois masses solaires. Leur diamètre dépassant rarement 30 kilomètres, les pulsars sont en général impossibles à détecter avec des instruments optiques. On peut néanmoins les déceler grâce aux radiotélescopes qui captent les signaux radio engendrés par leur rotation rapide. Rappelant la lumière d’un phare, un faisceau d’ondes radio tourne en même temps que l’étoile. À chaque fois que le faisceau franchit la ligne de visée d’un observateur, ce dernier enregistre une pulsation, d’où le nom de pulsar. Les pulsars sont également appelés étoiles à neutrons, car ils sont principalement constitués de neutrons fortement comprimés. Ceci explique leur densité fantastique: plus de cent millions de tonnes par centimètre cube!

Mais que se passerait-​il si une étoile particulièrement massive devenait une supernova? Selon les calculs des astronomes, son noyau pourrait continuer de s’effondrer au delà du stade de l’étoile à neutrons. Théoriquement, la compression gravitationnelle y serait tellement intense que, selon l’expression consacrée, un trou noir se formerait.