Astronomie : 5 phénomènes compliqués expliqués simplement

Les étoiles, comme notre Soleil, naissent, vivent et meurent. Le Soleil est une étoile de taille moyenne dans la Voie lactée, où environ sept étoiles sur dix sont plus petites et moins lumineuses. À l’échelle de l’Univers, il est minuscule avec un diamètre de 1,4 million de kilomètres. Certaines étoiles, comme Bételgeuse, sont bien plus imposantes : son diamètre atteint environ 1,4 milliard de kilomètres, soit 1 000 fois celui du Soleil. Les étoiles les plus massives connaissent des fins spectaculaires. Lorsqu’elles épuisent leur réserve d’hydrogène, leur cœur se contracte et fusionne des éléments de plus en plus lourds, comme l’hélium, le carbone ou l’oxygène, formant une structure en couches similaire à un oignon. La fusion du fer, dernier élément produit, ne génère plus d’énergie mais en consomme, provoquant l’effondrement du cœur en quelques millisecondes. Une onde de choc traverse alors l’étoile, provoquant une explosion appelée supernova.

Une supernova est l’explosion cataclysmique d’une étoile en fin de vie, libérant une quantité colossale d’énergie et de lumière. Après l’effondrement du cœur de fer, une onde de choc traverse l’étoile, la faisant exploser. Le pic de luminosité est atteint en un peu plus de deux semaines, mais l’éclat peut persister plusieurs mois. Ce qui suit l’explosion dépend de la masse initiale de l’étoile. Si elle est moyennement massive, elle laisse derrière elle une étoile à neutrons ou un pulsar. Si elle est très massive, elle donne naissance à un trou noir. Les supernovas sont si lumineuses qu’elles peuvent être observées depuis la Terre, même à des milliards d’années-lumière. L’exemple le plus célèbre est la supernova SN 2024ggi, dont la forme initiale a été représentée par des artistes.

Un pulsar est une étoile à neutrons en rotation rapide, émettant un rayonnement électromagnétique très énergétique. Ce rayonnement, canalisé sous forme de faisceaux, crée un signal périodique similaire à celui d’un phare maritime. Si la Terre se trouve sur la trajectoire de ce faisceau, les astronomes observent des impulsions régulières. Le pulsar le plus connu se situe au centre de la nébuleuse du Crabe, née d’une supernova observée en 1054 par des astronomes chinois. Les pulsars servent de repères de positionnement pour les astrophysiciens en raison de la régularité de leurs signaux. Certains, comme celui de la nébuleuse du Crabe, peuvent être observés en lumière visible, en rayons X et en rayons gamma.

Un trou noir est une région de l’espace où une quantité colossale de matière est concentrée dans un volume extrêmement petit. Sa gravité est si intense que rien, pas même la lumière, ne peut s’en échapper. Un trou noir est composé de trois parties principales. La singularité, située en son centre, est un point de densité infinie où toute la masse est comprimée. L’horizon des événements est la frontière au-delà de laquelle rien ne peut revenir en arrière. Enfin, le disque d’accrétion est un tourbillon de gaz et de matière en rotation autour du trou noir, avant d’être absorbé ou expulsé sous forme de jets. Il existe trois types de trous noirs : les trous noirs stellaires (issus de supernovas, avec une masse de quelques dizaines de fois celle du Soleil), les trous noirs intermédiaires (nés de fusions successives) et les trous noirs supermassifs (situés au centre des galaxies, comme Sagittarius A* dans la Voie lactée).

Un quasar est le cœur extrêmement brillant et énergétique d’une galaxie lointaine, alimenté par un trou noir supermassif. Ces trous noirs, pouvant atteindre plusieurs milliards de fois la masse du Soleil, attirent d’énormes quantités de gaz et de matière. La friction et la gravité chauffent cette matière à des millions de degrés, émettant une lumière intense, des rayons X et des ultraviolets. Certains quasars canalisent une partie de cette énergie en deux jets puissants. Un seul quasar peut émettre autant de lumière que 100 à 1 000 galaxies réunies, alors que son trou noir central ne fait que la taille de notre Système solaire. La plupart des quasars se trouvent à des milliards d’années-lumière et sont observés tels qu’ils étaient quand l’Univers était jeune. Leur étude aide à comprendre la formation des galaxies.