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A la découverte de l'Univers en 8 chapitres ...


 

Avertissement : Cette page Web tente d'offrir une initiation à la découverte et à la compréhension de certains mécanismes primordiaux du fonctionnement de l'Univers et des objets célestes qu'il abrite. Les vidéos et les photographies proposées proviennent toutes d'Internet. Certaines vidéos ont subi quelques modifications.


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1 -  L’Univers

 

La lumière 

Vitesse de la lumière  :  300000  km/s            

L’année lumière (a.l) : distance que parcourt la lumière en 1 an  soit : 300000 x 3600 x 24 x 365 = 9 460 800000000 km  soit  9500 milliards de km  ("a.l", en abrégé dans les pages photo et vidéo)

Lorsque nous regardons une étoile qui se situe à 1000 années-lumière, il faut avoir à l'esprit que cette lumière a voyagé pendant mille ans avant de nous parvenir, ce qui revient à dire que nous voyons cette étoile telle qu'elle était il y a mille ans. En fait nous ne voyons dans le ciel que le passé des étoiles et au plus loin elles sont, au plus loin nous remontons dans le passé de l'Univers où ces étoiles se trouvaient.

 
La densité

Deux objets de volume différent mais composés de la même matière possèdent tous deux la même densité. A l'inverse deux objets composés de matière différente ont forcément une densité différente quelque soit leur volume. Lorsqu'on parle de la densité d'un objet on parle en fait de la densité d'un échantillon de la matière qu'il contient et non pas de la quantité totale de matière qu'il contient comme dans le cas de la masse d'un objet. Si la densité du plomb est supérieure à celle du plastique, cela s'explique par le fait que les atomes qui composent le plastique sont assez espacés et donc moyennement nombreux alors que les atomes qui composent le plomb sont bien plus compactés, donc beaucoup plus nombreux. Un bel exemple, la Terre possède une densité supérieure à celle du Soleil ; la Terre est faite d'un mélange assez compact alors que le Soleil ne contient pratiquement que du gaz.

 

La masse

La masse d'un objet est fonction de sa densité et de la quantité de matière qu'il contient (volume de l'objet). On comprend alors qu'un gros ballon en mousse qui a une densité bien plus faible que celle d'une boule de pétanque a,  malgré sa plus grande taille, une masse plus faible que celle de la boule de pétanque qui elle est bien plus petite. C'est ainsi qu'une étoile à neutrons (une étoile extrêmement dense) de seulement quelques dizaines de kilomètres de diamètre peut posséder une masse égale à une fois et demie celle du soleil.

 

La gravitation

Plus la masse d'un astre est grande, plus sa gravité est forte et plus fortement il attire les autres astres se trouvant à proximité. La gravitation est une force invisible qui attire les corps massifs entre eux, sous l'effet de leur masse. Elle s'observe sur Terre en raison de ce que nous appelons l'attraction terrestre qui nous retient au sol et qui n'est que le fait de la gravité terrestre. Le poids d'un objet est le résultat du produit de sa masse par la gravité qui règne à l'endroit où on le pèse : le poids que nous faisons sur Terre est supérieur au poids que nous faisons sur la Lune car la gravité sur Terre est plus forte que la gravité sur la Lune. C’est aussi la gravité qui est responsable de plusieurs manifestations naturelles comme les marées causées par la gravité de la Lune (et du Soleil), l'orbite des planètes autour du Soleil et la sphéricité de la plupart des corps célestes. La structure à grande échelle de l'Univers est, elle aussi, déterminée par le phénomène de gravitation.

La gravitation est aussi à la base de l'effondrement de certaines étoiles sur elles-mêmes à la fin de leur vie. Ces étoiles, les étoiles massives, rentrent dans un état où les forces en présence se modifient et où leurs atomes peuvent alors se compacter si fort que ces étoiles deviennent énormément plus petites en conservant la même masse qu'elles avaient avant de s'effondrer. Elles deviennent donc énormément plus denses. C'est la même chose qui se passe quand une balle en mousse rapetisse lorsqu'on l'écrase dans la paume de sa main : la balle garde la même masse (le même poids) mais elle gagne en densité. Pour se rendre compte de la densité qui règne au cœur des étoiles effondrées les plus denses, un échantillon de la taille d'une tête d'épingle provenant de l'une d'elle pourrait peser un million de tonnes sur Terre ...

 

Du "Big Bang" à l'Univers d'aujourd'hui

La naissance de l’Univers aurait eu lieu il y a 13,8 milliards d'années.
D’après la théorie du Big Bang (la théorie la plus souvent reconnue) tout porte à croire qu’il existait avant la naissance de l’Univers une entité explosive, d’une taille infiniment petite mais d’une puissance explosive gigantesque Lorsque celle ci a explosé (le Big Bang) il y a eu création d’une colossale masse de gaz  (en grande partie de l’hydrogène, et de l’hélium) qui a été projetée dans toutes les directions formant ainsi l'Univers primordial.   Vidéo (1mn)

Puis cette masse de gaz, soumise à des contraintes gigantesques de température et de pression se serait agglomérée par ci, par là, par gravitation, pour donner naissance aux premières galaxies qui elles-mêmes auraient engendré en leur sein les premières étoiles. Les étoiles, composées à leur naissance essentiellement d'hydrogène et d'hélium, brûlent leurs
gaz au cours de leur vie en les transformant en éléments chimiques plus lourds. Au plus une étoile sera grosse au plus ces éléments chimiques produits seront lourds, et à la fin de leur vie, les étoiles libèrent une grande partie de ces nouveaux éléments en les dispersant autour d'elles en formant d'immenses nuages de gaz et de poussières qu'on appelle nébuleuses. Il a donc fallu attendre que les étoiles disséminent suffisamment d'éléments chimiques lourds pour qu'un jour la gravité puissent les réunir en de nouveaux objets célestes, les planètes. Comme les étoiles sont composées à leur naissance essentiellement d'hydrogène et d'hélium, ce cycle de naissance des étoiles et des planètes par la mort d'anciennes étoiles continuera à se perpétuer jusqu’à épuisement des ressources en gaz (hydrogène et hélium) que contient encore l'Univers. L'Univers est donc vivant, et comme le disait à sa manière le philosophe grec Anaxagore (env. 500 av. JC), "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme".


La matière noire

La matière noire ou matière sombre désigne une catégorie de matière hypothétique et invisible jusqu'à présent non détectée. Cette matière noire serait une partie importante de toute la matière que contient l'Univers. Cette matière noire amènerait une gravitation supplémentaire qui participerait alors à l’équilibre au sein des galaxies. Aussi et dans certaines régions de l'Univers, la gravitation due à la matière noire interviendrait en empêchant certaines galaxies d'une même région de s'éloigner les unes des autres.

L'expansion de l'univers

Depuis le Big Bang, l'Univers ne cesse de s'étendre. On pensait qu'avec le temps cette expansion ralentirait. Or il n'en est rien car on vient de découvrir qu'au contraire, cette expansion serait encore en train d'accélérer. Une des hypothèses qui expliquerait ce phénomène serait l'existence d'une force invisible et encore non détectée que l'on a déjà baptisée "énergie noire" et qui serait la cause de l'accélération de la vitesse de l'expansion de l'Univers.


L
'astrophotographie

L'astrophotographie est une discipline de l'astronomie et de la photographie qui consiste à photographier (ou filmer) les objets célestes. En photographie planétaire du Système solaire, les couleurs rendues sont généralement proches des couleurs réelles. A un niveau élevé, les photographies des autres objets célestes (le Soleil, les nébuleuses, les galaxies ...) sont souvent enrichies d'une ou de plusieurs couleurs choisies dans le but de reproduire ce qui n'est détectable que dans la lumière invisible (infrarouges, ultraviolets, ondes radio, rayons X ...). Dans ce cas là, les photographies affichent souvent une ou plusieurs fausses couleurs, en ce sens qu'elles ne représentent pas forcément la ou les mêmes couleurs que l'oeil humain verrait par une observation directe si elle était possible, de plus, certaines de ces photographies qui dévoilent plusieurs couleurs sont souvent le résultat d'une superposition de clichés pris dans des longueurs d'onde différentes.    Photos

 

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2 -  Les galaxies 

 

Une galaxie est un assemblage d'étoiles, de planètes, de gaz et de poussières (nébuleuses), contenant souvent un trou noir supermassif en son centre. Il s'agit d'un système parfaitement équilibré par la gravitation où tous les astres sont animés d'un mouvement propre (orbite) qui leur permet de ne quasiment jamais se rencontrer. Même lorsque deux galaxies fusionnent ensemble pour n'en former qu'une, il semblerait que rares sont les étoiles qui se percutent tellement les distances entre les étoiles sont grandes. La plupart des étoiles sont situées dans des galaxies et naissent dans les nuages de gaz (nébuleuses) contenus dans ces galaxies.

Notre galaxie, la Voie Lactée serait une galaxie spirale (le type de galaxie le plus emblématique que l'on trouve dans l'Univers) d'une taille moyennement grande et serait déjà issue du regroupement de deux ou de plusieurs galaxies plus petites. Les plus petites galaxies, les galaxies naines, peuvent être jusqu'à 10000 fois plus petites que la nôtre, et les plus grandes, les galaxies elliptiques supergéantes, atteindraient trente fois le diamètre de notre galaxie. Les galaxies géantes et supergéantes sont aussi très probablement issues du regroupement de plusieurs galaxies entre elles.

Comme nous ne connaissons pas les limites de l’Univers il nous est impossible de connaître le nombre de galaxies dans l’Univers. A l’heure actuelle on peut estimer le nombre de galaxies observables avec de puissants télescopes à quelques centaines de milliards.   Photos + Vidéo (4 mn)

 

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3 -  La Voie Lactée

 

La galaxie que nous habitons, celle que nous appelons la Voie Lactée, serait une galaxie spirale. Elle serait née il y a 13 milliards d’années soit 1 milliard d’années après la naissance de l’Univers. Sa forme générale serait un disque plat d'environ 100000 années-lumière de diamètre, comportant un bulbe central, lui-même entouré d’un halo sphérique de faible densité. Dans son ensemble, notre galaxie contiendrait selon les derniers relevés du télescope spatial Kepler environ 400 milliards d’étoiles, la plupart d'entre elles se trouvant à l'intérieur du disque plat qui fait en moyenne un millier d'années-lumière d'épaisseur. La distance qui nous sépare du centre de la Voie Lactée est actuellement d'environ 26.000 années-lumière.

 

Le nombre d'étoiles de notre galaxie que nous pouvons voir à l’oeil nu dans un beau ciel nocturne ne dépasse pas les 3000. La plus lointaine d'entre elles, Deneb, se situe à 3000 années-lumière de la Terre alors que la plus proche après le Soleil, Proxima du Centaure, ne se trouve qu'à 4,22 années-lumière de nous. La voie lactée c’est aussi le nom qu'on donne au ruban de lumière diffuse que l’on aperçoit lorsqu’on regarde le ciel par une belle nuit d’été. En fait il s’agit de l'intérieur du disque de notre galaxie ; il est composé de la concentration d'une myriade d'étoiles et de la concentration de multiples nuages de gaz et de poussières (nébuleuses).  
 

Vidéo (6mn)


Quelle est la galaxie la plus proche de la nôtre ?  C'est la galaxie naine du Grand Chien, une petite galaxie satellite de notre Voie Lactée qui se trouve à seulement 25.000 années-lumière de nous, à l'extérieur de notre galaxie. La galaxie d'Andromède M31, un peu plus grande que la nôtre, est la galaxie spirale la plus proche de la Terre et se situe à environ 2,55 millions d'années-lumière de nous, dans la constellation d'Andromède.

 

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4 -  Le Système solaire

 

Le Système solaire est situé dans notre galaxie à environ 26000 années-lumière de son centre. Ce système serait né il y a 4,6 milliards d’années avec en premier la création du Soleil, après ramassement sur lui même d’un grand nuage de gaz et de poussières (nébuleuse). Quant à la Terre et les autres planètes du Système solaire, elles se seraient formées à partir des restes de cette même nébuleuse et auraient atteint leur forme quasi définitive quelques dizaines de millions d’années plus tard. Le diamètre du Système solaire est d'environ  20 milliards de km soit 0,02 année-lumière. Comparé au diamètre de notre galaxie (100000 années-lumière) on se rend bien compte de la grandeur relative du Système solaire.

 

Le Soleil 

L’étoile de ce système, notre Soleil, est considéré comme étant un soleil de taille moyenne ; il est suffisamment grand pour produire une bonne quantité de chaleur et suffisamment petit pour qu’il puisse durer très longtemps (environ une dizaine de milliards d’années). Aujourd'hui le Soleil en serait à la moitié de sa vie.

Le soleil est ce qu’on appelle une naine jaune

Sa lumière met environ 8mn à nous parvenir (le soleil est situé à 150 millions de km de la Terre)

On mettrait 1 an pour y aller en fusée

Il est 110 fois plus gros que la Terre et son volume est 1 300000 fois plus grand que celui de la Terre

Il a une masse 330000 fois plus grande que celle de la Terre

Composé principalement d’hydrogène (74%) et d’hélium (24%)

Le Soleil a une densité presque quatre fois plus petite que celle de la Terre

La température en son centre dépasse les 15 millions de degrés

La température de sa surface visible (photosphère) avoisine les 6000 degrés 
Et curieusement, la température de son atmosphère (couronne solaire) avoisine le million de degrés


2 Vidéos (8 mn / 26mn)


 

Les planètes du Système solaire

Voici la liste des 8 planètes du Système solaire, de la plus proche à la plus éloignée du Soleil : Mercure, Vénus, La Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.

Mercure, Vénus, La Terre et Mars sont des planètes telluriques alors que Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune sont des planètes gazeuses. Les planètes telluriques se forment généralement à partir des poussières de leur nébuleuse alors que les planètes gazeuses se forment plus à partir du gaz de leur nébuleuse. Les planètes telluriques sont beaucoup plus petites et beaucoup plus denses que les planètes gazeuses car elles sont composées en grande partie de fer et de silicates. Les planètes gazeuses sont plus volumineuses et moins denses car contenant en grande majorité du gaz (hydrogène, hélium, ...).

La Terre est la cinquième plus grosse mais la plus dense des planètes du Système solaire. La qualité de son atmosphère (oxygène et azote) et les grandes étendues liquides que forment les mers et océans lui confère une couleur bleue lorsqu'on la regarde depuis l'espace. Mais sa plus grande particularité, ce qui la rend unique, tient dans le fait que la Terre réunit une collection impressionnante de paramètres indispensables pour que la vie telle que nous la connaissons aujourd'hui ait pu voir le jour dans sa plus simple expression, il y a plus de 3 milliards d'années selon certains biologistes ...


2 Vidéos (4mn / 7 mn)

 

Les satellites planétaires du Système solaire

Certaines planètes possèdent un ou plusieurs satellites. Jupiter par exemple en compte une soixantaine, le plus gros faisant presque la taille de la Terre et le plus petit moins d'un km de diamètre. Quand à Saturne (qui comme Jupiter possède aussi un grand nombre de satellites), ses anneaux, bien que semblant continus vus depuis la Terre, sont en fait constitués d'innombrables particules de glace et de poussière dont la taille varie de quelques micromètres à quelques centaines de mètres. La Lune, l'unique satellite de la Terre est située à 385000 km de la Terre et sa vitesse orbitale moyenne est de 1000 km/s. La période de rotation de la Lune sur elle même est la même que sa période orbitale autour de la Terre (environ 27,3 jours) et c’est pour cette raison que nous voyons toujours la même face de la Lune et jamais sa face dite cachée.

 

Les autres corps célestes du Système solaire

La Ceinture d'astéroïdes : c'est une région du Système solaire située entre les orbites de Mars et Jupiter qui contient plusieurs centaines de milliers d'astéroïdes connus, et au total probablement plusieurs millions d'astéroïdes (un astéroïde est un petit corps du Système solaire composé de roche, de métaux, de glace, de forme irrégulière et d'une taille allant du grain de poussière au planétoïde de quelques centaines de kilomètres de diamètre).

La Ceinture de Kuiper : c'est une zone périphérique du Système solaire s'étendant au-delà de l'orbite de Neptune. Cette zone en forme d'anneau est similaire à la ceinture d'astéroïdes, mais plus étendue, 20 fois plus large et plus massive.
 

Photos
 

En plus de ces deux ceintures il faut compter avec des milliards de petits corps célestes comme d'autres astéroïdes, des comètes (sorte d'astéroïdes composés principalement d'un mélange de roches et de glace) et des poussières qui peuplent l'espace du Système solaire.

N.b : Lorsqu'un petit corps céleste (météoroïde) pénètre dans l'atmosphère terrestre on l'appelle une étoile filante (ou un bolide si il est un peu plus gros). Si il ne se consume pas entièrement dans l'atmosphère et qu'un  reste du météoroïde s'écrase sur Terre on l'appelle alors une météorite ou météore.

 

Le Nuage d'Oort : Il s'agit d'une zone périphérique du Système solaire constituée de poussières et surtout d'une multitude de comètes gelées. Selon les scientifiques, ce nuage s'étendrait bien au delà de la Ceinture de Kuiper et aurait une taille de 0,25 à 1 année-lumière, ce qui est gigantesque par rapport à la taille du système solaire intérieur. Il a été formé il y a environ 5 milliards d'années suite à l'effondrement de la nébuleuse qui a donné naissance à notre Soleil. Bien qu'aucune observation directe n'ait été faite d'un tel nuage, les astronomes, en se fondant sur les analyses des orbites des comètes, pensent généralement qu'il est l'origine de la plupart d'entre elles.

 

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5 -  Les constellations

 

Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie par des lignes imaginaires, traçant ainsi une figure sur la voûte céleste. Une constellation est généralement plus complexe qu'un astérisme (figure remarquable dessinée par des étoiles particulièrement brillantes) qui peut représenter une partie d'une constellation ou appartenir à plusieurs constellations. Chaque constellation fait donc référence à une zone distincte du ciel nocturne, un peu comme la délimitation d'un quartier sur le plan d'une grande ville. Dans l'espace tridimensionnel, les étoiles d'une constellation sont souvent très dispersées en profondeur, issues de régions différentes de l'Univers et donc d’histoires différentes.    2 Vidéos (1 mn / 8 mn)

 

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6 -  Les étoiles

 

Toutes les étoiles vivantes sont gazeuses et contiennent en grande partie de l’hydrogène et/ou de l'hélium. A sa naissance et à partir d'une certaine masse (au moins 0,08 masse solaire) la densité au cœur de l'étoile devient suffisamment élevée pour permettre le déclanchement des premières réactions thermonucléaires qui rendront l'étoile extrêmement chaude et lumineuse. Au plus une étoile sera grosse, au plus la pression en son centre sera forte et au plus ses réactions thermonucléaires seront fortes et au plus vite elle brûlera son hydrogène, mais aussi moins longtemps elle vivra. Aussi, au plus une étoile est grosse, au plus son pouvoir éclairant (luminosité) est grand : par exemple les plus grosses étoiles, les hypergéantes, ont une luminosité plusieurs millions de fois plus grande que celle du soleil.

On se sert de la masse du Soleil comme unité de mesure à savoir  : 1 masse solaire = la masse du Soleil. Les astronomes ne classent les étoiles qu’en naines ou en massives : on entend par étoiles naines les petites étoiles ainsi que les étoiles moyennes, et les étoiles massives ,elles, englobent les étoiles géantes et les étoiles hypergéantes. La couleur des étoiles visibles nous indique leur température de surface et ainsi nous avons dans l'ordre croissant des températures, le rouge, le jaune, le blanc puis le bleu pour les plus hautes températures.

 

N.b : Il existe aussi une myriade de planètes en dehors du Système solaire et bien sûr aussi dans les autres galaxies. On les appelle des exoplanètes. Rappelons que les planètes (ou exoplanètes) sont beaucoup moins chaudes que les étoiles, voir froides, puisqu’elles sont beaucoup plus petites et qu'à cause de leur relativement faible masse il règne en leur centre une pression insuffisante pour générer une réaction de type thermonucléaire.
 

 

Les petites étoiles 

Les naines brunes : Sorte d’étoiles manquées. Leur masse est située entre celle des grosses planètes et des naines rouges. Elles ne sont pas suffisamment massives pour démarrer une réaction thermonucléaire en leur cœur. Leur masse est inférieure à  0,08 masses solaires et sont donc des étoiles froides.
 

Les naines rouges : Ce serait les étoiles les plus nombreuses dans l’Univers (80% dans notre galaxie). Comparées à une étoile moyenne comme le Soleil, elles sont plus petites, moins chaudes et peu éclairantes car leurs réactions thermonucléaires sont de faible intensité, consommant ainsi leur hydrogène plus lentement. Elles vivent donc beaucoup plus longtemps que les étoiles plus grosses qu'elle, à tel point qu'aucune d'elles  n'a eu encore le temps de terminer sa vie depuis la naissance de l'Univers, il y a plus de 13 milliards d'années. Leur masse est comprise entre 0,08 et 0,8 masses solaires et leur température de surface, inférieure à 4000°C, leur confère une couleur rouge.

 

Les étoiles moyennes

Les naines jaunes : Notre Soleil est une naine jaune typique. Les naines jaunes, plus grosses que les naines rouges, sont des étoiles de taille moyenne. Leur masse est comprise entre 0,8 et 8 masses solaires et leur température de surface est d’environ 6000 °C et brillent d’un jaune vif, presque blanc. A la fin de son existence, une naine jaune évolue en géante rouge.

Les géantes rouges : La phase géante rouge annonce la fin de la naine jaune et elle atteint ce stade lorsque son noyau a épuisé son principal carburant, l’hydrogène : des réactions de fusion de l’hélium prennent alors le relais (avec l'hélium que l'étoile a déjà fabriqué en brûlant son hydrogène), les couches externes de l'étoile gonflent en refroidissant et en rougissant et se détachent du reste de l'étoile pour former le début d'une nébuleuse planétaire. Transformé en carbone et en oxygène, l’hélium s’épuise à son tour et de nouvelles couches extérieures se créent et se détachent à nouveau pour complémenter la nébuleuse planétaire déjà existante, tandis que ce qui reste de l'étoile s'effondre sur lui même pour former un résidu d'étoile que l'on nomme "naine blanche". La durée de vie d'une étoile moyenne (de sa naissance jusqu'à sa transformation en naine blanche) peut atteindre une dizaine de milliards d'années.

Les naines blanches : Les naines blanches sont les résidus de l’évolution des géantes rouges. Le Soleil finira donc en naine blanche. Les naines blanches sont des étoiles « mortes » puisqu’elles ne sont plus le lieu de réactions thermonucléaires produisant de la chaleur. Cependant elles sont initialement très chaudes et de couleur relativement blanche. Petit à petit elles se refroidissent par rayonnement pour devenir des astres froids. Leur taille est environ égale à celle de la Terre. La densité moyenne d’une naine blanche (une tonne/cm3) est telle qu’une petite cuillère de matière d’une telle étoile pèserait, sur Terre, le poids d’un éléphant.
Toutefois il peut arriver qu'une naine blanche voit sa masse augmenter si elle a l'occasion d'ingérer de la matière passant à proximité (petite étoile, planète(s), poussières) et si sa masse devenait alors critique elle finirait par exploser en supernova thermonucléaire.
L'étoile sera alors complètement désintégrée en une nouvelle nébuleuse ne laissant derrière elle aucun résidu d'étoile contrairement aux supernovas à effondrement de cœur.   Vidéos (35 s)

Les futures naines noires : Comme une plaque chauffante qu’on éteint, les naines blanches se refroidissent inexorablement. Toutefois, cela se fait très lentement, en raison de leur masse. Elles perdent peu à peu leur éclat et deviennent invisibles au bout d’une dizaine de milliards d’années. Ainsi, toute naine blanche se transformera logiquement en naine noire. L’Univers vieux de 13,7 milliards d’années est encore trop jeune pour avoir produit des naines noires.
Le Soleil finira donc en naine noire. Ce sort l’attend dans environ 15 milliards d’années si toutefois, au stade de naine blanche, il n’a pas l’occasion d'agrandir sa masse et d’exploser en supernova thermonucléaire.

 

Les étoiles géantes

Les Géantes bleues : Ces étoiles massives, au moins dix fois plus grosses que le Soleil, consomment rapidement leur hydrogène. Rigel et Deneb (dans la constellation du Cygne) sont des géantes bleues visibles à l'oeil nu. La masse de ces supergéantes peut dépasser les 18 masses solaires et leur température de surface, de l'ordre de 20000 °C, leur confère une couleur bleutée. Toutefois, dans sa première phase qui est assez courte, l'étoile est plutôt de couleur blanche avant de devenir bleue et on l'appelle alors une géante blanche. A la fin de son existence, une géante bleue évolue en supergéante rouge. A cause de leur courte durée de vie, ces étoiles géantes sont peu nombreuses.

Les Supergéantes rouges : Comme pour les naine jaune, lorsque le noyau d’une géante bleue ne contient plus d’hydrogène, la fusion de l’hélium prend le relais. Ses couches externes enflent et sa température de surface diminue. Elle devient alors une supergéante rouge. L’étoile fabrique alors des éléments chimiques de plus en plus lourds et à ce stade les réactions de fusion s’arrêtent et l’étoile devient instable. Elle explose alors en une supernova à effondrement de cœur en projetant violemment hors d'elle une gigantesque nébuleuse (rémanent de supernova) mais en laissant derrière elle et après effondrement de son cœur, un étrange noyau de matière qui demeurera intact et qui deviendra selon sa masse, une étoile à neutrons ou un trou noir stellaire. Antarès dans la constellation du Scorpion ou Bételgeuse dans celle d'Orion sont deux des supergéantes rouges visibles  à l'oeil nu les plus connues. La durée de vie d'une étoile géante (de sa naissance jusqu'à sa transformation en étoile à neutrons ou en trou noir stellaire) varie de quelques dizaines à quelques centaines de millions d'années.   Vidéos (1mn)

Les étoiles à neutrons : Les étoiles à neutrons sont très petites mais très denses, bien plus denses que les naines blanches (environ un milliards de tonnes/cm3). Elles concentrent la masse d’une fois et demi celle du Soleil dans un rayon d’environ 10 kilomètres. Ce sont les vestiges des supergéantes rouges dont le cœur s’est effondré pour atteindre des valeurs de densité extraordinairement élevées, comparables à celles du noyau atomique. Certaines de ces étoiles qui dégagent un très fort champ magnétique s’appellent des magnétars, d’autre qui ont une vitesse de rotation très élevée, des pulsars.   Vidéo (7mn)

Les trous noirs stellaires : Parfois, le noyau de la supergéante rouge en fin de vie est trop massif pour devenir une étoile à neutrons. Il s'effondre inexorablement sur lui même jusqu’à former un trou noir stellaire. C’est un objet céleste dont la densité est si intense (probablement jusqu’à plusieurs centaines de milliards de tonnes/cm3) qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper. De tels objets ne peuvent donc pas émettre de lumière et sont alors perçus comme étant noirs, excepté lorsqu’ils sont en train de dévorer beaucoup de matière comme par exemple une étoile naine, et dans ce cas un jet de gaz visible est expulsé du trou noir, jet qui peut atteindre une vitesse proche de celle de la lumière. Le plus petit trou noir stellaire qu'on ait découvert ferait à peu près 3 masses solaires et le plus gros une quinzaine.

Les trous noirs supermassifs : Certains trous noirs sont énormément plus gros que les trous noirs stellaires. Ils sont dits supermassifs et nous ne comprenons pas encore bien l'origine de leur existence. Ils trônent généralement au centre des grosses galaxies et portent le nom de quasar lorsqu’ils sont porteur d'un gigantesque disque compact qui gravite autour d'eux ce qui les rend alors extrêmement lumineux. Les trous noirs supermassifs accuseraient une masse de quelques millions à quelques milliards de masses solaires. Le trou noir supermassif qui siège au centre de notre Voie Lactée n'est pas un quasar et il ferait néanmoins près de 4 millions de masses solaires.  2 Vidéos (4 mn / 36s)

Les trous noirs intermédiaires : Entre les trous noirs stellaires et trous noirs supermassifs il doit cependant exister un bon nombre de trous noirs intermédiaires. Actuellement on sait encore peu de choses sur l'existence de ces trous noirs.  

 

Les étoiles hypergéantes

Le terme « hypergéante » est couramment utilisé pour désigner les étoiles les plus massives. Elles naissent au stade de supergéante blanche puis bleue pour terminer leur vie en hypergéante rouge. Elles ont une vie très courte (quelques millions d'années) et sont extrêmement rares et seules quelques unes d'entre elles ont été repérées. Ces étoiles hypergéantes sont en général plus d'un millier de fois plus grosses que le Soleil, leur masse peut atteindre les 300 masses solaires et leur température de surface avoisiner les 40000 °C. Leur fin de vie, bien plus violente encore que celle des supergéantes rouges, devrait engendrer un gigantesque rémanent de supernova  et accoucher d'un trou noir supermassif.

 

Vie et mort des étoiles : Vidéo (7mn)

 
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7 -  Les nébuleuses
 

Une nébuleuse (du latin nebula, nuage) désigne en astronomie, un objet céleste, un plus ou moins gigantesque nuage composé de gaz  et/ou de poussières interstellaires, provenant de la fin de vie d'une ou de plusieurs étoiles. Aussi, parmi toutes les nébuleuses qui peuplent l'univers, un bon nombre d'entre elles jouent un rôle clé dans la formation des nouvelles étoiles et exoplanètes. Aussi, il est de plus en plus probable que c'est à l'intérieur de certaines nébuleuses que l'hydrogène et l'oxygène peuvent se combiner pour fabriquer de l'eau sous forme de vapeur d'eau.

Les nébuleuses planétaires : Elles n’ont rien à voir avec les planètes, certaines de ces nébuleuses en ont simplement l’aspect lorsqu’on les regarde au télescope. Les nébuleuses planétaires apparaissent à la fin de la vie des étoiles moyennes, les géantes rouges. Une fois formées, ces nébuleuses sont porteuses d'un bon nombre de nouveaux éléments chimiques que leur ancienne étoile a jadis fabriqué au cours de sa vie et particulièrement à la fin de sa vie (oxygène, azote, iode, carbone, argent, étain ...).   Photos

Les rémanents de supernova
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Les rémanents de supernova sont des nébuleuses en émission très étendues et sont le résultat de l'explosion très violente d'une étoile massive (supergéantes et hypergéantes). Elles arborent souvent une structure filamenteuse caractéristique qui évoque de la dentelle.  En plus de certains éléments chimiques que contiennent les nébuleuses planétaires, les rémanents de supernova sont porteur d'éléments chimiques encore plus lourds (fer, nickel, plomb, uranium, or, chrome, cobalt, titane, diamant ...).   Photos

Les nébuleuses obscures ou sombres : Constituées de poussières et de gaz inerte, elles absorbent en partie la lumière qui les traverse et masque donc ce qui se trouve derrière elles. Dans le domaine du visible, on ne peut les détecter que par contraste sur un champ d'étoiles ou d'une autre nébuleuse plus lumineuse.   Photos

Les nébuleuses diffuses : A l'inverse des nébuleuses obscures les nébuleuses diffuses dissipent de la lumière. On en distingue deux types : les nébuleuses par réflexion et les nébuleuses en émission.

Les nébuleuses en émission : Ces sont des nuages de gaz ionisé dans le milieu interstellaire qui absorbent la lumière d'une étoile chaude proche et la réémettent sous forme de couleurs variées à des énergies plus basses.   Photos

Les nébuleuses par réflexion : Ce sont des nuages de poussières qui réfléchissent la lumière d'une ou plusieurs étoiles voisines. Ces étoiles ne sont pas assez chaudes pour causer l'ionisation des gaz, comme dans le cas des nébuleuses en émission, mais sont assez lumineuses pour permettre une dispersion suffisante pour rendre la poussière visible.   Photos

Les galaxies : Lorsque les astronomes scrutent le ciel en dehors de la Voie Lactée, les autres galaxies leurs apparaissent aussi comme des  nébuleuses.
 

Zoom sur quelques nébuleuse : Vidéo (4mn)

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8 -  Les amas stellaires

 

Un amas stellaire est un regroupement d'étoiles issues d'une même région et donc d'une histoire commune.

Les Amas ouverts : un amas ouvert est un amas stellaire groupant environ de 100 à 3000 étoiles de même âge liées entre elles par gravitation, et dont la dimension varie entre 6000 à 10000 années-lumière. Les amas ouverts sont peu lumineux et souvent contenus dans une nébuleuse. Ils sont très souvent jeunes, formés d’étoiles bleues très jeunes. De nouveaux amas ouverts peuvent se former encore actuellement, quelque part dans une nébuleuse riche en gaz enrichi en éléments lourds (métaux) par les explosions de supernova qui se sont produites depuis la formation de leur galaxie. Plus un amas est jeune, plus ses étoiles (et ses planètes) contiendront d'éléments lourds. Dans notre galaxie, les amas ouverts sont situés dans la tranche du disque de la Voie Lactée.   Photos

Les Amas globulaires : Un amas globulaire est un amas stellaire très dense, contenant typiquement une centaine de milliers d'étoiles distribuées dans une sphère dont la taille varie de 20 à quelques centaines d'années-lumière. Leur densité est ainsi nettement plus élevée que celle des amas ouverts. Les amas globulaires sont vieux et ne comportent plus de nébuleuse, constitués presque exclusivement de vieilles étoiles dont une majorité de géantes rouges et quelques naines blanches et quelques étoiles à neutrons. Dans notre galaxie, les amas globulaires sont situés dans l'immense halo sphérique qui entoure le disque de la Voie Lactée.   Photos

 

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Un peu de ciel profond par une belle nuit d’été en France (avec des jumelles)
 

Bien que cela puisse sembler décevant au premier abord, observer directement des objets aussi lointains procure une émotion que ne peut remplacer une vidéo ou une photographie, aussi belle soit-elle.  Certains astronomes amateurs ne jurent d'ailleurs que par l'observation visuelle. Si les observations ci dessous sont proposées avec des jumelles, il va sans dire qu'avec un matériel plus approprié (lunette, télescope) le résultat en sera bien sûr plus gratifiant.

Dans un premier temps je vous conseille de télécharger et d'installer le logiciel (gratuit) Stellarium en cliquant sur le lien suivant : http://www.stellarium.org/fr/
Une fois Stellarium ouvert, paramétrez le lieu de vos observations. Repérez ensuite l'endroit du ciel où se trouve la constellation ainsi que les objets célestes que vous recherchez. Vous n'avez alors plus qu'à vous munir de vos jumelles (sur pied de préférence) puis sortir sous le ciel étoilé pour retrouver ce que vous avez vu sur le logiciel. Il va de soi qu'il vaut mieux choisir un endroit absent de pollution lumineuse et un très beau temps pour pouvoir apercevoir un peu de la lumière émise par les objets célestes recherchés.


M8, La nébuleuse de la Lagune

Située en direction du sud, M8 ou nébuleuse de la Lagune (dans la constellation du Sagittaire), est la plus fine et l'une des plus brillantes du ciel austral. La nébuleuse de la lagune est un immense nuage d'hydrogène et de poussières éclairé par une supergéante bleue, qui s'étend sur plus de 30 années-lumière. C’est une pouponnière de jeunes étoiles. Cette nébuleuse diffuse est située à 5 200 années-lumière de la Terre. La nébuleuse, comme de nombreuses nébuleuses diffuses, contient un bel amas ouvert, NGC 6530, issu de la nébuleuse, des étoiles jeunes et très chaudes âgées de seulement 2 millions d'années.   Photo


M22 (amas globulaire)


Situé en direction du sud, M22 est l'amas globulaire le plus lumineux de la constellation du Sagittaire. Cet amas globulaire est l'un des plus proches de la Terre : il ne se trouve qu'à 10000
années-lumière de la Terre. L'amas contient environ 100000 étoiles. C'est aussi l'un des rares amas globulaires, avec M15, à abriter une nébuleuse planétaire (gaz en expansion, éjecté d'une étoile moyenne en fin de vie, en transition de l'état de géante rouge à l'état de naine blanche).


M16, La nébuleuse de l'Aigle

Situé en direction du sud, dans la constellation du Serpent, proche des limites de l'Ecu de Sobieski et du Sagittaire, M16 est un amas ouvert enveloppé d'une nébuleuse : la nébuleuse de l'Aigle. Il est distant d’environ 6000 années-lumière de la Terre. L'amas est constitué de jeunes étoiles bleues qui sont nées de la nébuleuse de l'Aigle et qui ionisent le gaz de cette même nébuleuse. Des étoiles y sont d'ailleurs encore en cours de formation.


M11 (amas ouvert)


Situé en direction du sud, l'amas du Canard Sauvage M11 est un amas ouvert situé à environ 6000
années-lumière de la Terre dans la constellation de l'Écu de Sobieski. C’est l'amas ouvert le plus riche du catalogue Messier, contenant environ 3000 étoiles.

 

La galaxie d'Andromède M31

Située en direction du nord-est, la galaxie d'Andromède est une galaxie spirale située à environ 2,55 millions d'années-lumière de nous, dans la constellation d'Andromède. Appelée Grande Nébuleuse d’Andromède jusqu'à ce que sa nature galactique ait été reconnue dans les années 1920, la galaxie d'Andromède est la galaxie spirale la plus proche de la Voie lactée et la plus grande galaxie du Groupe local. D'un diamètre approximatif de 140000 années-lumière, elle contiendrait environ mille milliards d'étoiles. C’est l’une des rares galaxies visibles à l'œil nu depuis la Terre dans l’hémisphère nord.   Photo

 

La Grande Ourse

Cette constellation est par contre visible toute l'année dans l'hémisphère nord en regardant vers le nord. La Grande Ourse (ou Grand Chariot ou Grande Casserole) sert de base de départ pour trouver le nord géographique. Pour trouver cette direction il faut découvrir l'étoile Polaris de la constellation de la Petite Ourse, en reportant 5 fois la distance séparant les deux étoiles opposées au manche de la Grande Casserole comme le montre l'image suivante.   Photo

 

Encore plus de conseils pour découvrir le ciel, le site de Stelvision : http://www.stelvision.com

 

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Quelques vidéos sur internet

 

L'empire du Système solaire - La bulle bleue

Tous sur orbite - Les quatre saisons

L'Univers et ses mystères - Les 7 merveilles du Système solaire

Les mystères du cosmos - La Voie Lactée

La vie des étoiles

Comparaison de la taille des planètes et des étoiles

L'Univers et ses mystères - Les nébuleuses

L'Univers et ses mystères -  Les objets monstrueux de l'univers

Voyages aux confins de l'univers

Un Regard sur l'Univers - Partie 1

Les Mystères Du Cosmos - L'oeil De Hubble

Le Grand Voyage - du fond de l'univers à la Terre

Zoom de la Terre jusqu'aux limites connues de l'univers

L'univers et ses mystères - La matière noire et l'énergie sombre

Les explorateurs du temps - De l'infiniment grand à l'infiniment petit

L'expansion de l'univers est elle infinie

L'origine du monde

L'univers de Stephen Hawking - L'ultime réponse

Les couleurs de l'univers

 

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Autres liens

 

Le site de Solarsystemscope : http://www.solarsystemscope.com

Cours d’Astronomie Générale : http://astronomia.fr/

L'univers dans tous ses états : http://www.astronoo.com/fr/

Naissance des étoiles : http://www.jmmasuy.net/naissance_univers/etoiles_1_intro.html

Des influences célestes sur le climat : http://www.rmsites.fr/climat/climat.htm

 

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RM  -  2014

 

   Mis à jour en février 2015