Astronomie

Tableau 3

Tableau 4

Tableau 5

IMAGE : Une image du centre galactique prise par Chandra, le satellite d'observation dans les rayons X. Au centre, on aperçoit Sagittaire A*, le trou noir au centre de la Galaxie, avec une masse trois millions de fois celle du Soleil. La ligne diagonale indique le plan de la Galaxie. Les zones qui apparaissent rougeâtres sont d'immenses régions de gaz qui s'étendent sur des dizaines d'années-lumière et sont chauffées à 20 millions de degrés. Crédit : NASA/CXC/MIT/F.K.Baganoff et al.

Tournons maintenant notre regard vers le centre de la Galaxie : la région du centre galactique. Du fait de l'extinction interstellaire, il est impossible d'étudier cette région en lumière visible et les astronomes se servent donc d'observations dans les domaines radio, infrarouge, X et gamma. Celles-ci ont révélé des phénomènes très complexes, dont la compréhension est encore très loin d'être parfaite.

Commençons donc à nous rapprocher doucement du centre galactique. A 3000 parsecs apparaissent de part et d'autre du centre, deux énormes bras qui contiennent plusieurs millions de masses solaires sous forme de gaz d'hydrogène. Ces bras, révélés par des études à une longueur d'onde de 21 centimètres, s'éloignent très rapidement du centre à des vitesses de l'ordre de 100 kilomètres par seconde. Cette éjection extrêmement rapide montre qu'un événement très violent, peut-être une explosion de supernova, a dû se produire il y a un million d'années, au centre de la Galaxie.

Continuons notre progression. A une distance de l'ordre de 100 parsecs apparaît une structure très complexe, révélée par des études dans les domaines radio et infrarouge. Celle-ci est formée de gigantesques filaments de gaz ionisé, dont la forme rappelle celle des protubérances solaires, ce qui laisse à penser que le champ magnétique joue un rôle majeur dans la région. La partie centrale de cette structure s'appelle Sagittaire A. Il s'agit d'un ensemble de trois petits bras en forme spirale, dont la taille totale ne dépasse pas trois parsecs, et qui entouré d'un anneau de gaz moléculaire et de poussières.

Au centre de Sagittaire A se trouve une source radio considérée comme le centre de la Galaxie et baptisée Sagittaire A*. Cette source est très petite, avec une taille de moins de 10 unités astronomiques. Tout autour d'elle orbitent de nombreux nuages de gaz ionisé. Leur vitesse, révélée grâce à l'effet Doppler, est de l'ordre de plusieurs centaines de kilomètres par seconde. Pour pouvoir retenir en orbite des objets aussi rapides, la gravité de l'objet central doit être extrêmement puissante et sa masse a pu être estimée à plusieurs millions de fois celle du Soleil. Une telle concentration de masse dans un espace aussi restreint est remarquable. Elle pourrait s'expliquer par la présence de l'un des corps les plus fascinants de l'astronomie moderne : un trou noir supermassif. Cette hypothèse est cependant controversée car certaines de ses implications n'ont pas été observées

IMAGE : Cette nébuleuse par réflexion s'appelle NGC 1999. Elle n'émet pas de lumière elle-même, mais reflète la lumière de l'étoile brillante en son sein. La tache noire devant NGC 1999 est un nuage froid de gaz et de poussière qui bloque la lumière de la nébuleuse et apparaît donc très sombre. Crédit : NASA/STScI

Les énormes étendues qui séparent les étoiles ne sont pas vides comme les astronomes l'ont longtemps pensé. Elles sont en fait remplies de ce que l'on appelle le milieu interstellaire, qui compte pour environ 10 pour cent de la masse totale de matière dans une galaxie, le reste se trouvant dans les étoiles. Ce milieu est essentiellement formé de gaz, mais aussi de poussières et de particules énergétiques, le tout étant immergé dans un champ magnétique. Il est en interaction permanente avec les étoiles qui y naissent, y vivent et y meurent. C'est également en son sein que se produisent les interactions chimiques qui donnent naissance à des molécules très complexes.

La présence de matière dans les espaces interstellaires, déjà suggérée par l'existence de zones sombres dans le ciel, fut clairement démontrée par Robert Trumpler dans les années 1930. Cet astronome américain s'intéressait à la distance de certains amas d'étoiles. En faisant l'hypothèse que tous les amas avaient la même luminosité intrinsèque et la même taille, il utilisait deux méthodes pour déterminer leur distance. L'une s'appuyait sur la mesure de leur diamètre angulaire, l'autre sur la détermination de leur luminosité apparente. Robert Trumpler se rendit compte que les deux méthodes donnaient des résultats similaires pour les amas proches, mais très différents pour les plus éloignés. Dans ce dernier cas, la luminosité apparente était nettement plus faible que ce que l'effet de distance pouvait justifier. La lumière qui nous provenait de ces amas éloignés était donc atténuée lors de son trajet, ce qui ne pouvait s'expliquer que par la présence dans des régions apparemment vides d'un milieu qui absorbait la lumière ou la diffusait.

Nous savons maintenant que ce phénomène, appelé l'extinction interstellaire, est dû à la présence de poussières qui diffusent la lumière. Une partie du rayonnement qui nous provient des amas et de tous les astres éloignés en général est déviée de sa trajectoire et perdue pour nos télescopes, ce qui explique que la luminosité apparente des objets les plus lointains est plus faible que prévue.

Un deuxième phénomène associé à la présence de matière entre les étoiles est le rougissement interstellaire. Celui-ci est dû au fait que la diffusion et l'extinction dépendent fortement de la longueur d'onde et sont plus marquées dans le bleu que dans le rouge. La forme générale du spectre d'une étoile est donc affectée par la poussière interstellaire. L'intensité dans le bleu diminue beaucoup, alors que l'intensité dans le rouge n'est que peu affectée. Pour un observateur terrestre, les étoiles apparaissent plus rouges qu'elles ne sont réellement.

Notons que le même phénomène est en jeu pour le Soleil. L'atmosphère terrestre diffuse plus la lumière solaire dans le bleu que dans le rouge. Lorsque notre étoile est basse sur l'horizon, sa lumière traverse une couche d'air très épaisse, ce qui explique son aspect rougeâtre. La lumière diffusée est quant à elle surtout bleue, ce qui donne à notre ciel sa couleur caractéristique.

Dans certaines conditions, la poussière interstellaire est directement observable. C'est le cas lorsqu'un nuage de poussière se trouve suffisamment proche d'une étoile et diffuse la lumière de celle-ci. Le nuage émet alors un rayonnement bleuâtre caractéristique et l'on parle d'une nébuleuse par réflexion.

Bien qu'elles soient responsables des effets les plus visibles du milieu interstellaire, les poussières ne représentent qu'environ un pour cent de sa masse. Leur nature précise a été déterminée en étudiant la façon dont elles diffusent la lumière des étoiles. Il a ainsi été mis en évidence qu'il s'agit surtout de petits grains solides dont les dimensions sont inférieures à un millionième de mètre. Ces grains sont composés essentiellement de carbone, d'oxygène, de silicium et de fer, et généralement entourés d'une fine enveloppe de glaces d'eau et d'ammoniac.

Les poussières ne se forment pas dans le milieu interstellaire lui-même car celui-ci est bien trop ténu pour que les rencontres de molécules y soient nombreuses. Les poussières se forment en fait dans le voisinage des étoiles en fin de vie, lorsque d'énormes quantités de matière sont éjectées, soit sous forme de vent stellaire, soit lors de l'explosion de supernovae. A bonne distance de l'étoile, la température est suffisamment basse pour que la matière éjectée se retrouve sous forme d'atomes. La densité y est également assez élevée pour que ces atomes puissent s'associer et donner naissance à des molécules complexes, puis à de minuscules grains de poussières. Ceux-ci continuent alors à s'éloigner de l'étoile et finissent par se diluer dans le milieu interstellaire.