Galaxies satellites de la Voie lactée

Peu de gens savent que la Voie lactée a des galaxies qui lui tournent autour. Certains connaissent les deux nuages de Magellan, le grand et le petit. Encore moins nombreux sont ceux qui connaissent la galaxie du Sagittaire. Alors je ne chercherai pas ceux qui savent qu’à ce jour, on a recensé une nuée de 55 galaxies se pavanant autour de notre jolie Galaxie afin d’avoir l’honneur un jour… de se faire bouffer par elle.

gaia_s_first_sky_map_annotated_article_mob.png

Ne soyez pas triste, la Voie lactée est devenue aussi vaste et belle grâce à ce mécanisme d’accrétion. Il en fut toujours ainsi et un jour on fera de même avec elle. Quoique ce sera une union plutôt qu’un repas puisque nous fusionnerons avec notre voisine, la galaxie d’Andromède, la seule galaxie primaire autre que notre Voie lactée à être visible à l’œil nu malgré les 2,55 millions d’années-lumière qui nous en sépare.

andromede-galaxie-m31

Pour certaines des galaxies satellites, elles constituent probablement les restes d’un festin passé alors qu’autrefois, on les croyait primordiales, c’est-à-dire les premiers regroupements d’étoiles de notre Univers. On peut croire en la possibilité des deux types, des mariées et de vieilles louves solitaires capturées puis maintenues prisonnières par la force gravitationnelle de notre grande Galaxie.

Galaxies_du_Groupe_local.svg

Verra-t-on un trou noir en 2018 ? (1)

Est-ce que nous pourrons voir un trou noir très bientôt ?

Évidemment, la question aurait de quoi faire rire. Puisque le fond du cosmos est noir, regarder un trou noir sur un fond noir, c’est comme observer un corbeau dans un placard. Pourtant, il est possible de voir ce à quoi un trou noir ressemble en regardant ses effets sur son environnement.

Afin de répondre à la question initiale, j’aurai besoin d’expliquer succinctement différents concepts que je distribuerai dans des articles distincts.

Le premier article sera donc consacré à rappeler comment se forme un trou noir afin de comprendre sa nature.

Une étoile est un délicat équilibre entre deux forces antagonistes. Tout d’abord, une étoile, c’est une bombe nucléaire. La pression engendrée par la fusion nucléaire tend donc à disperser les constituants de l’étoile comme le fait n’importe quelle bombe nucléaire. Toutefois, puisqu’une étoile est aussi un agrégat important de matière, la gravitation retient la matière éjectable en la concentrant au centre de l’astre, ce qui maintient l’étoile en une sphère plutôt stable.

Une étoile est donc une sorte de balance à ressort qui retient le poids déposé sur son plateau en le repoussant jusqu’à un équilibre entre les deux.

resize.jpeg

Formation d’une étoile à neutrons

Cependant, le carburant nucléaire venant en fin de compte à manquer — et cela arrive d’autant plus rapidement que l’étoile est obèse — la pression des explosions nucléaires ne suffit plus à contrebalancer la force gravitationnelle qui comprime l’étoile. De ce combat singulier perdu d’avance, l’étoile finira par imploser sous son propre poids. Si elle possède suffisamment de matière, l’implosion réussira à vaincre les autres forces répulsives possibles dans la matière. Les électrons deviendront incapables de se repousser mutuellement (principe d’exclusion de Pauli) et finiront par s’écraser sur les noyaux des atomes. Ce faisant, les électrons fusionneront avec les protons du noyau pour former des neutrons. On obtient ainsi une étoile d’une densité extrême dont son cœur est entièrement composé de neutrons. Tous ces neutrons sont comprimés dans une sphère de 20 à 40 km de diamètre pour l’équivalent en poids d’une étoile de 1,4 à 3,2 fois la masse de notre Soleil. C’est dire comment la densité de la matière est importante ! Mais une étoile à neutrons n’est pas encore un trou noir.

Trop de matière pour résister

Si l’étoile à neutrons possède une masse supérieure à 3,2 fois celle de notre Soleil, ces particules neutres formant une espèce de noyau atomique géant seront elles aussi incapables de résister à la force gravitationnelle. Les quarks composant les neutrons atteindront leur limite de résistance et flancheront à leur tour.

8230235118_ae689ff1db_k

Formation d’un trou noir stellaire

À cette étape, il n’existe plus aucun autre mécanisme pouvant résister à la force gravitationnelle. La matière atteint alors sa limite d’existence et s’écrase en se concentrant un point infiniment petit. Le résultat est une singularité des équations de la relativité générale d’Einstein. Un point infiniment petit concentrant une masse de densité infiniment grande. Un trou noir est né.

Ouais, la physique n’aime pas trop les infinis et ces deux infinis du trou noir signifient qu’on a un « trou » dans notre théorie. Un trou noir de connaissances liées aux trous noirs qu’on ne parvient pas à éclaircir. Ironique, n’est-ce pas ? Cette formation des trous noirs se rapporte aux trous noirs d’origine stellaire, c’est-à-dire qu’une étoile est à l’origine du trou noir. Il atteint des masses maximales aux alentours de 14 fois celle de notre Soleil.

messier_106_multifrequence_hubble_galex_chandra_by_damylion-d7qoy0k

Trou noir galactique (supermassif)

Il existe aussi des trous noirs galactiques. Ce sont des trous noirs tapis au cœur de la plupart des galaxies. Leur origine est controversée, mais il est certain qu’ils ont cru en avalant de la matière environnante et par coalescence avec d’autres trous noirs. Le record est détenu par le trou noir supermassif de la galaxie NGC 4889 qui aurait un petit 21 milliards de fois la masse de notre soleil !

La Voie lactée, notre Galaxie, cache également un trou noir supermassif en son sein. Il deviendra important pour la suite de cet article. Toutefois, sa dimension reste modeste. Il a la taille plutôt fine à comparer à bien d’autres trous noirs en ne pesant que 4 millions de fois la masse de notre Soleil !

Dans le prochain article, j’expliquerai simplement ce qu’on appelle l’horizon des événements d’un trou noir. Cette notion est essentielle pour comprendre comment on peut observer un trou noir.

Je vous donne rendez-vous demain pour la suite de ce passionnant feuilleton et vous encourage entretemps à poser vos questions sous forme de commentaire.

À bientôt.

Une relativité incomprise

Bon, je veux régler un cas une bonne fois pour toutes. Malheureusement, les fourvoiements ont la vie longue. Certains scientifiques ne comprennent pas la physique relativiste et ils disent de grosses conneries lorsqu’ils sont interviewés.

Je vais donner un exemple qu’ils utilisent souvent. Notre Galaxie, la Voie lactée a un diamètre de près de 100000 années-lumière. Ça signifie que si une source lumineuse est à sa périphérie et qu’on l’observe à partir du point antipodal, les signaux lumineux captés auront été émis voilà 100000 ans. Ça, c’est vrai.

Où ça se gâte, c’est lorsque les personnes interviewées placent des astronautes dans un vaisseau spatial pour leur faire traverser la Galaxie de part en part à une vitesse proche de la lumière. Ils disent alors que ça leur prendra 100000 ans pour faire ce trajet. Ainsi, ils auraient besoin d’un amas de générations de voyageurs avant d’arriver à destination. Mais ce qu’ils disent est totalement faux, et pas qu’un peu.

Albert_Einstein_1947

Lorsqu’on file à des vitesses proches ou égales à la vitesse de la lumière, ce ne sont plus les lois de la physique classique qui s’appliquent, mais celles de la relativité restreinte mises en évidence par Einstein. En fait, la relativité restreinte s’applique toujours et à tout déplacement, mais puisqu’elle est plus compliquée à calculer que les lois de Galilée, on utilise ces dernières lorsqu’on se meut à la vitesse d’un bœuf.

Que dit alors la relativité restreinte à propos d’un voyageur qui filerait à la vitesse de la lumière (en postulant que c’est possible)? Eh bien! celui-ci traverserait notre Galaxie d’un diamètre mesurant 100000 années-lumière en exactement… zéro seconde. Ne me frappez pas, c’est la faute à la relativité restreinte, pas à moi. Un voyage effectué à la vitesse de la lumière (dans le vide) est instantané, peu importe la distance parcourue. Le voyageur ne vieillit pas d’une seule fraction de seconde.

En revanche, si un deuxième individu attend le voyageur faisant un trajet aller-retour, cet observateur devra effectivement patienter 200000 ans avant de voir réapparaitre le voyageur. C’est ça la « relativité » du temps telle qu’Einstein l’a décrite. Pour le voyageur luminique, son trajet aller-retour d’un rebord à l’autre de la Galaxie n’aurait même pas duré une seconde tandis que pour la personne restée sur ce rebord de la Voie lactée, elle l’aura attendu le temps prévisible, soit 200000 ans.

voie-lactee-concept.jpg

Ainsi, tous les scientifiques qui ne respectent pas cette relativité lorsqu’ils considèrent des déplacements dits « relativistes » se gourent et induisent les téléspectateurs en erreur. Un voyageur n’a pas besoin de 100000 ans pour effectuer un voyage de 100000 années-lumière ou 200000 années-lumière, ou n’importe quelle distance s’il se déplace à la vitesse de la lumière. Il fera tous les trajets en exactement 0 seconde.

La théorie de la relativité restreinte découverte par Einstein n’est pas de la science-fiction. Elle est bien réelle, exacte et incontestable puisque prouvée de multiples façons. Je ne vous demande pas de me croire sur parole. Beaucoup des contemporains du génial physicien ont également rejeté sa théorie, la croyant totalement aberrante. Ils avaient tort, tout comme les gens interviewés qui continuent d’appliquer la mécanique de Galilée plutôt que celle d’Einstein même si les vitesses en cause sont de l’ordre de la vitesse de la lumière dans le vide.

Mais il doit bien y avoir une erreur quelque part ! Pas exactement une erreur. On parle ici d’un cas limite. Un voyageur est constitué d’atomes et ces derniers possèdent une masse. Or, pour inculquer à une masse une vitesse égale à celle de la lumière, ça prend une énergie infinie. Un voyageur ne pourra donc jamais atteindre cette vitesse limite, mais il peut s’en rapprocher.

Ainsi, son voyage d’une extrémité à l’autre de notre Galaxie ne durera pas zéro seconde, mais il ne sera pas non plus de 100 000 ans.

FormuleRelativité.png

Pour les afficionados des formules, voilà à quoi le temps relatif du voyageur (t’) ressemblera selon le temps sans tenir compte du principe de la relativité (t) et selon sa vitesse (v) par rapport à la vitesse de la lumière (c).

Si la vitesse du voyageur (v) est égale à celle de la lumière (c), alors on obtient la racine carrée de zéro multiplié par t, ce qui donne effectivement zéro seconde.

On voit ainsi que plus le voyageur se rapproche de la vitesse de la lumière, plus le temps s’étire, même si lui continue de vieillir au même rythme.

Photo de A. Einstein : Oren Jack Turner, Princeton, N.J.
Voie lactée : Astrosurf.com

 

Galaxie relique et trou noir supermassif

Les astronomes ont identifié une galaxie relique à seulement 240 millions d’années-lumière d’ici. Mais qu’est-ce qu’une galaxie relique, me direz-vous ? Bonne question ! Harry Potter le sait peut-être.

On qualifie de relique une galaxie qui a cessé toute activité de production de nouvelles étoiles. La galaxie NGC 1277 dans la constellation de Persée aurait cessé toute création d’étoiles depuis déjà au moins 10 milliards d’années. En comparaison, l’Univers aurait 13,8 milliards d’années. C’est dire qu’elle est vieille et stérile depuis un bail.

Sa proximité a de quoi étonner. Les reliques sont souvent trouvées aux confins de l’Univers tandis que celle-ci se promène en comparaison tout près de nous. Elle possède deux fois plus d’étoiles que notre Voie lactée, mais elles sont presque toutes âgées d’environ 12 milliards d’années.

ngc-1277-label

Autre particularité de cette doyenne, son trou noir central fait 17 milliards de masses solaires ! Celui de notre Galaxie en fait au mieux 4 millions. C’est plus de 4 000 fois supérieur. Le record absolu connu à ce jour est de 21 milliards de fois la masse de notre soleil. Ainsi, NGC 1277 flirte avec les extrêmes. De fait, ce trou noir vaut près de 14 % de la masse totale de sa galaxie. La normale est de 0,1 %. Et ce monstre central contient 59 % de la masse totale du bulbe galactique.

Il existe un système d’autorégulation qui empêche normalement les galaxies de se retrouver dans l’état actuel de NGC 1277. Pourquoi n’a-t-il pas fonctionné ? Mystère.

Pourquoi ne crée-t-elle plus de nouveaux soleils ? Par manque de nuages de gaz. Elle a épuisé sa réserve et ne parvient pas à en capturer d’autres sur son passage à cause de sa grande célérité par rapport au reste de son milieu. Même en passant à proximité de nuages de gaz ou d’autres galaxies qu’elle pourrait absorber, sa vitesse l’empêche de s’en alimenter.

Une relation doit certainement exister entre son statut de relique, l’âge quasi identique de toutes ses étoiles et le fait d’abriter l’un des plus gros trous noirs connus. Ce dernier a-t-il cannibalisé tout le gaz disponible ? La genèse de cette galaxie atypique est encore bien mystérieuse. C’est donc une aubaine pour les chercheurs.

Toutes les galaxies finiront un jour par devenir une relique, la Voie lactée aussi. C’est donc un peu notre destin qu’on aperçoit lorsqu’on étudie cette ogresse famélique.

Photos : Télescope spatial Hubble ; blackholes.stardate.org

Andromède, une galaxie perturbée

La galaxie d’Andromède est un objet intéressant à plus d’un titre. Tout d’abord, c’est l’objet le plus éloigné que nous pouvons voir à l’œil nu, soit 2,5 millions d’années-lumière. C’est aussi la seule galaxie visible à l’œil nu, si nous excluons, bien entendu, la Voie lactée, notre Galaxie.

L’autre point intéressant est que les deux galaxies, la Voie lactée et Andromède, se percuteront dans environ 4 milliards d’années. Lorsqu’on sait que la Terre s’est formée voilà 4,5 milliards d’années, ça semble loin, mais le résultat de cette collision sera plutôt impressionnant.

Andromède contient un peu plus d’étoiles que notre Galaxie. Toutefois, les astronomes ont noté un fait étrange concernant les étoiles plus vieilles de 2 milliards d’années dans la galaxie d’Andromède. Leur mouvement individuel est chaotique contrairement aux étoiles de la Voie lactée qui tournent bien sagement toutes ensemble autour du noyau. L’explication de ce chaos vient du fait qu’Andromède a subi une collision avec une autre galaxie et pour le prouver, quoi de mieux qu’une bonne simulation numérique.

Dans cette vidéo, vous voyez le résultat simulé de cette collision. On peut s’imaginer qu’un scénario semblable nous attend dans 4 milliards d’années. Chaque petit point jaune est une étoile. Notre Soleil serait éventuellement l’un d’eux.

Place au ballet cosmique !