Astronomie et espace

Astronomie

La recherche de la matière noire

Depuis une vingtaine d'années, par l'étude de la vitesse de rotation des galaxies sur elles-mêmes et celle de leur mouvement au sein des amas de galaxies, les astronomes ont acquis la conviction qu'une grande partie de la masse de l'Univers, peut-être jusqu'à 90 % de la masse totale, est invisible. L'estimation de la masse de cette matière noire, appelée « masse cachée », ou « masse manquante », est indispensable pour parvenir à trancher les spéculations sur l'évolution de l'Univers, c'est-à-dire sur le caractère transitoire ou permanent de son expansion.

Différentes théories ont été élaborées pour tenter d'expliquer la nature de cette matière mystérieuse. L'une des hypothèses actuellement privilégiées par les spécialistes est celle de l'existence autour des galaxies d'un halo massif jusqu'ici non détecté. Celui-ci serait constitué soit d'hypothétiques particules subatomiques massives n'interagissant que faiblement avec la matière ordinaire (ce qui rend leur détection très difficile), les WIMP (sigle de l'anglais Weakly Interactive Massive Particles, qui signifie aussi mauviette en argot américain), soit d'astres obscurs tels que des planètes géantes ou des naines brunes, petites étoiles de masse trop réduite pour émettre de la lumière, désignés sous l'appellation de MACHO (sigle de l'anglais Massive Astrophysical Compact Halo Objects).

Alors que toutes les tentatives de détection de WIMP sont, jusqu'à présent, restées vaines, deux équipes de chercheurs, l'une française, dirigée par Michel Spiro du Commissariat à l'énergie atomique, l'autre australo-américaine, conduite par Charles Alcock et Ken Freeman, ont publié simultanément en septembre 1993 des résultats d'observation qui tendent à accréditer l'hypothèse de l'existence d'un halo de naines brunes autour de notre galaxie. Les travaux des deux équipes se fondent sur l'idée que d'éventuelles naines brunes entourant notre galaxie doivent, à défaut de se manifester par une émission de lumière, être décelables par leur action gravitationnelle. Selon la théorie de la relativité générale, elles doivent, en particulier, provoquer une très légère déviation des rayons lumineux provenant d'étoiles situées en arrière-plan sur la ligne de visée. Cet effet, dit « de lentille gravitationnelle » est, en réalité, beaucoup trop faible pour être observé, mais il engendre un autre phénomène (microlentille ou scintillation gravitationnelle), l'augmentation de l'éclat apparent de l'étoile par focalisation des rayons lumineux, qui, lui, peut être détectable.

Dans le cadre du projet EROS (Expérience de recherche d'objets sombres), l'équipe française a suivi, depuis 1990, huit millions d'étoiles du Grand Nuage de Magellan, une petite galaxie satellite de la nôtre, afin d'y détecter d'éventuelles variations d'éclat d'étoiles susceptibles d'être provoquées par des naines brunes entourant notre galaxie. Ce nombre gigantesque d'observations est rendu nécessaire par la rareté attendue du phénomène. Environ 40 % des données acquises ont été analysées. Sur les trois millions d'étoiles ainsi étudiées, deux ont présenté une amplification d'éclat qui semble pouvoir être imputée à un effet de microlentille gravitationnelle. De son côté, l'équipe australo-américaine a suivi deux millions d'étoiles pendant un an et trouvé une étoile dont la courbe de lumière est compatible avec un tel phénomène. Ces résultats préliminaires devront naturellement être confirmés par d'autres observations mais représentent un premier pas vers la mise en évidence de la masse cachée de notre galaxie.

Naissance et mort d'étoiles en direct

Si les grandes étapes de la vie des étoiles sont à présent bien connues, les processus de leur formation et les phases ultimes de leur évolution suscitent encore de nombreuses interrogations. Aussi les spécialistes s'intéressent-ils particulièrement aux objets stellaires très jeunes et aux supernovae, ces explosions cataclysmiques qui affectent les étoiles massives parvenues à un stade d'évolution avancé.