Que de chemin parcouru depuis la lunette de Galilée!

POINTANT vers le ciel la lunette astronomique qu’il venait d’inventer, Galilée plongea au cœur d’un monde inconnu. Il pouvait voir dix fois plus d’étoiles qu’aucun homme n’en avait jamais observé. La Voie lactée n’était plus une masse nébuleuse, mais un kaléidoscope composé d’une multitude d’étoiles grandes et petites. La lune, qui n’était jusqu’alors qu’un simple disque de porcelaine, présentait maintenant à sa surface une mosaïque de montagnes, de cratères et de mers sans eau.

Quelques mois plus tard, Galilée observa quatre des lunes de Jupiter. Puis il découvrit les magnifiques anneaux de Saturne. En pointant sa lunette sur Vénus, il remarqua que celle-ci passait par différentes phases et subissait de légères variations dans son illumination et sa forme apparente. Ces phases n’étaient explicables que par la révolution de Vénus autour du soleil. Mais, se dit le savant, si une planète tourne autour du soleil, les autres — y compris la terre — doivent certainement faire de même. Il avait raison. C’est ainsi qu’en 1609, la terre perdit la position prestigieuse qu’on lui attribuait jusqu’alors: celle de centre de l’univers.

Mais on ne renonce pas aussi facilement à des croyances tenues pour sacrées. L’Église catholique décréta que “l’opinion que la terre n’est pas le centre de l’univers et même subit une rotation journalière est (...) pour le moins une croyance erronée”. Obligé de comparaître devant l’Inquisition, Galilée passa les dernières années de sa vie en résidence surveillée. Toutefois, le dogmatisme religieux ne pouvait endiguer la curiosité qu’avait fait naître l’invention de la lunette astronomique. De plus en plus de savants aspiraient à percer les secrets de l’univers.

Aujourd’hui, après environ quatre siècles d’observation poussée, notre connaissance de l’univers s’est considérablement accrue. On a identifié plusieurs types d’étoiles, telles que les géantes rouges, les naines blanches ou les pulsars. Récemment, on a détecté aux confins du cosmos d’énigmatiques objets qui émettent de prodigieuses quantités d’énergie: les quasars. Mentionnons aussi les mystérieux trous noirs — sortes de monstrueux tourbillons cosmiques qui seraient tapis, invisibles, au cœur de nombreuses galaxies.

Grâce à de puissants télescopes optiques, les astronomes scrutent les profondeurs de l’espace et, par le fait, plongent à des milliards d’années en arrière, au bord même de l’univers visible. Ils ont ainsi découvert une multitude d’étoiles et de galaxies, certaines si éloignées que leur lumière aurait mis plus de 15 milliards d’années à nous parvenira.

Si, d’une façon générale, les étoiles sont de faibles sources radio, d’autres corps célestes, comme les pulsars et les quasars, ont été découverts principalement grâce aux radiotélescopes. Comme leur nom l’indique, ces instruments captent les ondes radioélectriques au lieu des ondes lumineuses. Depuis 1961, on a détecté des centaines de quasars, dont la plupart se trouvent au fin fond de l’univers connu.

L’élaboration d’une carte de l’univers était une tâche plus considérable que Galilée n’aurait pu l’imaginer. C’est seulement au XX^e siècle que l’homme a commencé à percevoir l’immensité du cosmos, avec ses milliards de galaxies séparées par des distances incommensurables.

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. Et n’oublions pas les fameux trous noirs, qui excitent tant la curiosité des astronomes. On ne peut les voir, mais leur insatiable appétit pour la lumière et la matière trahit leur présence invisible.

Certes, de nombreux mystères demeurent, que l’immensité des distances et du temps n’a pas encore permis de percer. Mais qu’ont déjà découvert les scientifiques? Ces connaissances révèlent-​elles comment et pourquoi l’univers est apparu?

[Note]

[Illustration, page 4]

Le radiotélescope de Jodrell Bank, construit en 1957 en Angleterre, fut le premier du genre à être entièrement orientable.

[Crédit photographique]

Avec l’aimable autorisation du Jodrell Bank Radio Telescope

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.

Trous noirs. On dit d’eux que ce sont des puits cosmiques gigantesques d’où rien ne peut s’échapper. L’attraction gravitationnelle y est telle que la lumière et la matière qui s’en approchent de trop près sont inexorablement englouties.

Aucun trou noir n’a jamais été mis en évidence par l’observation directe; par définition, cela est impossible. Toutefois, les physiciens espèrent démontrer l’existence de trous noirs grâce aux effets qu’ils ont sur les objets situés dans leur voisinage. De nouvelles techniques d’observation seront sans doute nécessaires pour percer ce secret particulier.

Énigmes galactiques

Une galaxie est une structure cosmique composée de milliards d’étoiles. On a découvert en 1920 que le soleil n’est pas le centre de notre galaxie comme on le supposait auparavant. Peu après, de puissants télescopes ont révélé une kyrielle d’autres galaxies. L’homme commençait à saisir l’immensité de l’univers.

La délicate tapisserie que nous appelons Voie lactée n’est en réalité qu’une partie externe de notre galaxie telle que nous l’observons. Si nous pouvions la voir de loin, elle ressemblerait à un tourniquet d’une taille prodigieuse. On a comparé sa forme à deux œufs sur le plat mis l’un sur l’autre, le dessous de l’un étant posé sur le dessous de l’autre, mais, bien sûr, à une échelle autrement plus grande. Si nous voyagions à la vitesse de la lumière, il nous faudrait 100 000 ans pour la traverser d’un bout à l’autre. Le soleil, qui se situe vers l’extérieur de la galaxie, met 200 millions d’années pour décrire son orbite autour du centre galactique.

Les galaxies, à l’instar des étoiles, recèlent encore de nombreux secrets qui intriguent la communauté scientifique.

Quasars. Dans les années 60, on a enregistré d’intenses signaux radio émis par des astres lointains situés bien au delà de l’amas de galaxies local. Identifiés à des objets d’aspect stellaire, ils ont été appelés quasars. Ce nom est une contraction de l’expression anglaise “quasi-stellar radio sources”, ou “radiosources quasi stellaires”. L’énergie phénoménale dégagée par les quasars laissait toutefois les astronomes perplexes. Le quasar le plus lumineux que l’on connaisse l’est environ dix mille fois plus que la Voie lactée, et les plus éloignés que l’on ait détectés se trouvent à plus de dix milliards d’années-lumière.

Après deux décennies de recherches intensives, les astronomes sont arrivés à la conclusion que ces quasars lointains sont en fait les noyaux hyperactifs de galaxies éloignées. Comment les noyaux de ces galaxies peuvent-​ils être la source d’une énergie aussi considérable? Certains scientifiques avancent l’idée que cette énergie est libérée par des phénomènes gravitationnels plutôt que par des processus de fusion nucléaire semblables à ceux qui se produisent dans les étoiles. La théorie actuelle assimile les quasars à des trous noirs géants. Quant à juger de la validité de cette théorie, le flou demeure.

Quasars et trous noirs ne sont que deux des énigmes qui restent à résoudre. En fait, certains mystères de l’univers seront peut-être à jamais inaccessibles à l’entendement humain. Néanmoins, les leçons que nous pouvons tirer des énigmes qui ont déjà été élucidées sont d’une grande portée. Des leçons qui vont bien au delà du seul domaine de l’astronomie.

[Illustration, page 7]

Galaxie spirale M83.

[Crédit photographique]

Photo: D. Malin, avec l’aimable autorisation de l’Anglo-Australian Telescope Board

[Illustrations, page 8]

L’écrin de pierres précieuses.

Les Pléiades, M45, amas stellaire ouvert dans la constellation du Taureau.

[Crédit photographique]

Photo: D. Malin, avec l’aimable autorisation de l’Anglo-Australian Telescope Board

[Illustrations, page 8]

Nébuleuse d’Orion, avec en médaillon la nébuleuse de la Tête de cheval.

[Crédit photographique]

Photo: D. Malin, avec l’aimable autorisation de l’Anglo-Australian Telescope Board

Ce que l’univers nous enseigne

“Je n’ai pas la prétention de comprendre l’univers; c’est un sujet bien trop vaste pour moi.” — Thomas Carlyle, 1795-​1881.

UN SIÈCLE plus tard, nous pouvons nous rendre compte, de façon plus évidente encore, à quel point l’univers est grand par rapport à nous. Bien que les scientifiques y voient beaucoup plus clair qu’auparavant, leur situation ressemble toujours, pour reprendre les termes d’un astronome, à celle “du botaniste du XVIII^e siècle explorant la jungle et découvrant toutes ces fleurs jusqu’alors inconnues”.

En dépit de notre connaissance limitée, nous pouvons tirer certaines conclusions qui ont un lien direct avec les questions les plus importantes qui soient: Comment l’univers fonctionne-​t-​il? Comment est-​il apparu?

Ordre ou chaos?

On appelle cosmologie la science qui étudie la nature de l’univers. Ce terme dérive de deux mots grecs, kosmos et logos. Il se définit comme ‘l’étude de l’ordre et de l’harmonie’, ce qui est approprié. En effet, qu’ils étudient le mouvement des corps célestes ou qu’ils analysent la matière composant le cosmos, les astronomes constatent que tout est ordre.

Tout dans l’univers est en mouvement, et ce mouvement n’est ni erratique ni imprévisible. Les planètes, les étoiles et les galaxies se déplacent dans l’espace selon des lois physiques précises qui permettent aux scientifiques de prédire certains phénomènes cosmiques avec une exactitude sans faille. Chose étonnante, les quatre forces fondamentales gouvernent le plus petit atome comme la plus grande galaxie.

L’ordre est également manifeste dans la composition même de la matière qui constitue l’univers. Le Grand Atlas de l’astronomie explique: “La matière est (...) organisée à très petite ou à très grande échelle.” Loin d’être distribuée de façon hasardeuse, la matière est structurée avec ordre, que ce soit par les forces qui lient les électrons aux protons et aux neutrons du noyau atomique, ou par la force gravitationnelle qui assure la cohésion d’un énorme amas de galaxies.

Pourquoi l’univers reflète-​t-​il un tel ordre et une telle harmonie? Pourquoi est-​il gouverné par des lois supérieures? Logiquement, ces lois sont antérieures à l’univers; sinon comment pourraient-​elles le régir? La question se pose donc: “Quelle est l’origine de ces lois?”

L’éminent scientifique Isaac Newton a abouti à la conclusion suivante: “Ce très beau système du soleil, des planètes et des comètes ne pouvait procéder que du dessein et de la souveraineté d’un Être puissant et éclairé.”

Le physicien Fred Hoyle a déclaré: “L’origine de l’univers, à l’image de la solution d’un rubik’s cube, exige une intelligence.” La compréhension que nous avons de l’origine de l’univers confirme la conclusion selon laquelle il doit exister un Législateur suprahumain.

La question ultime: D’où vient l’univers?

Stephen Hawking, chercheur en physique fondamentale, explique ce qui suit: “L’univers primitif fournit la réponse à la question ultime concernant l’origine de tout ce que nous observons aujourd’hui, y compris de la vie.” Mais quel est exactement le point de vue actuel de la science au sujet de l’univers primitif?

Dans les années 60, des scientifiques ont détecté un vague bruit de fond en provenance de toutes les régions du ciel. On a interprété ce rayonnement comme étant une répercussion de l’explosion initiale, baptisée big bang par les astronomes. Selon eux, la déflagration fut telle que l’on peut encore enregistrer son écho des milliards d’années plus tarda.

Si l’univers est né soudainement il y a 15 à 20 milliards d’années dans une explosion — comme le pensent maintenant la majorité des scientifiques, même si certains d’entre eux contestent vigoureusement cette idée — cela soulève une question cruciale: D’où provenait l’énergie originelle? En d’autres termes, qu’y avait-​il avant le big bang?

De nombreux astronomes préfèrent éluder la question. L’un d’eux a avoué: “La science a démontré que le monde est venu à l’existence sous l’effet de forces qui semblent à toujours hors de portée de toute description scientifique. Cela dérange la science, car [ces notions] sont incompatibles avec la religion scientifique, la religion de la cause et de l’effet, le dogme selon lequel tout effet a une cause. Nous constatons maintenant que l’effet le plus important qui soit, la naissance de l’univers, viole cet article de foi.”

Un professeur de l’université d’Oxford s’est montré plus significatif encore quand il a écrit: “La cause première de l’univers est laissée au jugement du lecteur. Mais, sans elle, notre description est incomplète.” La Bible, quant à elle, est claire. Révélant l’identité de “la cause première”, elle dit: “Au commencement Dieu créa les cieux et la terre.” — Genèse 1:1.

La petitesse de l’homme

La leçon la plus simple que l’univers nous enseigne est à la fois la plus évidente. Alors que l’homme orgueilleux du Moyen Âge s’efforçait de l’ignorer, les poètes de la Bible l’ont humblement reconnue il y a des millénaires. Il s’agit de la petitesse de l’homme.

Les découvertes récentes apportent du crédit à l’appréciation réaliste que le roi David portait sur l’homme. Il a dit: “Quand je vois tes cieux, œuvre de tes doigts, la lune et les étoiles que tu as préparées, qu’est-​ce que l’homme mortel pour que tu te souviennes de lui, et le fils de l’homme tiré du sol pour que tu prennes soin de lui?” — Psaume 8:3, 4.

L’astronomie a dévoilé l’immensité et la majesté du cosmos. Elle nous parle d’étoiles aux dimensions titanesques, de distances inimaginables, de périodes de temps incommensurables qui défient notre intelligence, de fournaises cosmiques qui engendrent des températures s’élevant à des millions de degrés, de jaillissements d’énergie à côté desquels l’explosion d’un milliard de bombes nucléaires ferait pâle figure. Or, tout cela est fort justement dépeint en ces termes dans le livre de Job: “Voici, ce sont là les bords de ses voies, et quel murmure de la chose a-​t-​on entendu à son sujet! Mais son puissant tonnerre, qui montrera qu’il le comprend?” (Job 26:14). Plus nous en apprenons sur l’univers, plus nous nous rendons compte que notre connaissance est limitée, et plus nous nous sentons petits. Une leçon qui incite l’observateur objectif à la réflexion.

Isaac Newton a reconnu ceci: “Il me semble n’avoir été qu’un jeune garçon qui cherche sur la grève, et trouve ici un caillou rond et poli, là une coquille aux brillantes couleurs; mais la mer, la vaste mer, elle s’étend inexplorée devant lui.”

Voilà qui devrait nous pousser à l’humilité. Cela nous aidera à reconnaître qu’il existe Quelqu’un qui a créé l’univers, Quelqu’un qui a établi les lois qui le gouvernent, Quelqu’un qui est bien plus grand et bien plus sage que nous. Comme nous le rappelle le livre de Job: “Chez lui se trouvent sagesse et force, à lui sont conseil et intelligence.” (Job 12:13). L’univers pourrait-​il nous donner leçon plus importante?

Au fur et à mesure que les secrets de l’univers sont dévoilés, de plus grands mystères surgissent. Un prochain article examinera quelques-unes des dernières découvertes qui intriguent les astronomes et soulèvent de nouveaux débats entre cosmologistes.

[Note]

[Illustration, page 10]

Appareil de détection du rayonnement de fond produit par l’hypothétique big bang.

[Crédit photographique]

Avec l’aimable autorisation du Royal Greenwich Observatory and the Canary Islands Institute of Astrophysics