Thomas Boucksontom
Sur les objets de l'univers
dont la seule description
donne le tournis
Édition personnelle · MMXXVI
L'univers observable a un diamètre d'environ 93 milliards d'années-lumière. Il contient environ deux mille milliards de galaxies. Chaque galaxie contient en moyenne cent milliards d'étoiles. Si l'on compte l'ensemble des étoiles dans l'univers observable, on obtient un nombre approximativement égal au nombre de grains de sable sur toutes les plages et tous les déserts de la Terre.
Ce livre ne traite pas de tout cela. Il traite de quelques objets particuliers — les plus étranges, les plus violents, les plus beaux — et de ce qu'ils font à une espèce comme la nôtre quand elle essaie de les comprendre.
— L'auteur, qui se sent tout petit et trouve ça reposant
Un trou noir est une région de l'espace-temps dont la courbure est telle que rien — ni matière, ni lumière — ne peut en échapper une fois passé l'horizon des événements. Ce qui est effrayant dans un trou noir, ce n'est pas qu'il « aspire » — il ne crée pas de succion particulière à distance. C'est qu'une fois franchi un certain seuil, toutes les trajectoires possibles dans l'espace-temps pointent vers la singularité. Il n'y a plus de direction qui mène dehors.
Le trou noir au centre de la galaxie M87 (photographié pour la première fois en 2019 par le projet Event Horizon Telescope) a une masse de 6,5 milliards de fois celle du Soleil et un diamètre d'environ 38 milliards de kilomètres — soit plus grand que l'orbite de Neptune autour du Soleil. Notre propre galaxie, la Voie Lactée, contient au centre le trou noir Sagittarius A*, d'une masse d'environ 4 millions de masses solaires.
Note : Stephen Hawking a prédit que les trous noirs émettent un rayonnement thermique très faible — le « rayonnement de Hawking » — ce qui signifie qu'ils s'évaporent lentement. Pour un trou noir de la masse du Soleil, le temps d'évaporation est de l'ordre de 10^67 ans. L'univers a actuellement 13,8 milliards d'années. C'est un processus patient.
Quand une étoile massive — huit fois la masse du Soleil ou plus — épuise son carburant nucléaire, son cœur s'effondre en quelques secondes. La vitesse de cet effondrement génère une onde de choc qui rebondit vers l'extérieur et explose l'étoile avec une luminosité brièvement comparable à celle de toute sa galaxie. C'est une supernova.
Les supernovas sont des usines d'éléments lourds. La fusion nucléaire dans les étoiles ordinaires s'arrête au fer — la fusion du fer consomme de l'énergie au lieu d'en produire. Tous les éléments plus lourds que le fer — le cuivre, l'or, l'iode, l'uranium — ont été forgés dans des supernovas ou dans des fusions d'étoiles à neutrons. Le calcium de vos os, l'oxygène dans vos poumons, le fer dans votre sang : tout cela vient d'étoiles mortes.
Quand une étoile de masse intermédiaire (entre huit et vingt masses solaires) explose en supernova, son cœur peut s'effondrer non pas en trou noir mais en étoile à neutrons — une sphère d'environ vingt kilomètres de diamètre mais dont la masse est entre 1,4 et 2 fois celle du Soleil. La densité est telle qu'une cuillère à café de matière pèserait environ un milliard de tonnes.
Ces étoiles à neutrons qui émettent des faisceaux de rayonnement électromagnétique aux pôles magnétiques sont appelées pulsars. Comme elles tournent sur elles-mêmes à des vitesses prodigieuses — certains pulsars « milliseconde » font plusieurs centaines de tours par seconde — le faisceau balaye l'espace comme un phare. L'extrême régularité de ces pulsations a d'abord fait croire, en 1967, à une communication extraterrestre. Les découvreurs les avaient baptisés LGM-1 — « Little Green Men ».
Jusqu'en 1992, on ne connaissait aucune planète en dehors du système solaire. Depuis, on en a confirmé plus de cinq mille cinq cents. Cette révolution est due en grande partie au télescope spatial Kepler, lancé en 2009, qui cherchait la légère diminution de luminosité d'une étoile quand une planète passe devant elle. La méthode s'appelle le transit.
Parmi ces exoplanètes, la diversité défie l'imagination : des planètes de lave entièrement en fusion, des planètes de diamant, des planètes où il pleut du fer fondu, des planètes dix fois plus grandes que Jupiter, des planètes à deux soleils. La notion de « zone habitable » — la distance d'une étoile où l'eau peut exister à l'état liquide — a trouvé des dizaines de candidates. La question n'est plus de savoir si des planètes existent ailleurs — c'est de savoir ce qu'elles contiennent.
Les galaxies tournent trop vite. Si l'on calcule leur vitesse de rotation en fonction de la masse visible — étoiles, gaz, poussières — les équations prédisent qu'elles devraient se désintégrer. Elles ne se désintègrent pas. Quelque chose de supplémentaire les tient ensemble. Quelque chose qu'on ne voit pas, qui n'émet ni n'absorbe de lumière, mais qui a une masse et donc une gravité. On l'appelle la matière noire.
Elle constituerait environ 27 % de l'univers. On ne sait pas ce que c'est. Elle ne réagit pas à la lumière, n'émet pas de rayonnement, ne se comporte pas comme de la matière ordinaire. Toute la matière « normale » — planètes, étoiles, gaz, nous — représente environ 5 % du contenu de l'univers. Le reste, 68 %, est l'énergie noire, encore plus mystérieuse. Nous cartographions l'univers avec 5 % de ce qui s'y trouve.
L'univers a commencé il y a 13,8 milliards d'années dans un état de densité et de chaleur extrêmes — le Big Bang. Depuis, il s'étend. Et l'expansion accélère. L'énergie noire — force mystérieuse qui s'oppose à la gravité — pousse les galaxies à s'éloigner les unes des autres de plus en plus vite.
Dans environ cent milliards d'années, toutes les galaxies visibles aujourd'hui auront dépassé l'horizon cosmologique — elles s'éloigneront plus vite que la lumière ne peut traverser l'espace entre elles et nous. La Voie Lactée sera seule dans un univers observable vide. Dans quelques milliers de milliards d'années, les dernières étoiles s'éteindront. Dans des temps presque inimaginables — 10^100 ans, le « grand gel » ou la « mort thermique » — l'univers atteindra un état d'entropie maximale, uniformément froid, dans lequel rien ne peut plus se passer.
Note : il existe d'autres scénarios de fin d'univers — le « Big Rip » (si l'énergie noire s'intensifie indéfiniment), le « Big Crunch » (si la gravité finit par inverser l'expansion), ou des bulles de vide quantique qui se propageraient à la vitesse de la lumière en modifiant les lois physiques sur leur passage. La fin thermique reste la plus probable selon les modèles actuels.
Il y a quelque chose d'absurde et de magnifique dans le fait qu'un primate de taille moyenne, vivant sur une roche en orbite autour d'une étoile ordinaire dans une galaxie parmi deux mille milliards, ait trouvé le moyen de mesurer la taille de l'univers, d'identifier ses composants, de calculer son âge et de prévoir sa fin.
Le vertige cosmique n'est pas démoralisant — il est libérateur. Si nous sommes si petits, nos petites guerres, nos petites jalousies, nos petites certitudes le sont aussi.
Fin du vertige.
L'univers continue de s'étendre.