Parmi les milliards d'étoiles de la Voie Lactée,
un petit océan bleu
orbite autour d'un seul Soleil.
Et, au dessus du vaste océan pacifique,
s’élève l'île d'Hawaï
avec à son sommet, le Mauna Kea (la montagne blanche),
d'une importance capitale pour les Hawaïens autochtones
et aussi pour l'astronomie.
Des vents modérés et réguliers
provenant de l'océan passent à travers la montagne,
créant un ciel exceptionnellement sec et clair.
Alors que le soleil se couche,
le télescope Gemini Nord s'ouvre sur le ciel,
prêt à capter la lumière
provenant du cosmos.
L'astronomie a beaucoup évolué
depuis l'époque où l'astronome solitaire observait au télescope.
Le télescope Gemini Nord est piloté et surveillé
depuis une salle de contrôle dans la ville côtière voisine de Hilo.
À chaque fois que je viens y travailler la nuit, je me sens revigoré,
J'ai même des papillons dans le ventre.
Avec la plupart des télescopes,
Il n'y a qu'à suivre le programme d'observation de la nuit,
et c’est ce qui se passe la plupart du temps.
Mais avec le télescope Gemini, il y a toujours une chance pour que vous ayez
quelque chose d’inattendu et juste époustouflant à observer.
Le programme d'observation détaillé est établi à l'avance,
avec du temps de télescope alloué sur différentes cibles.
Mais l'Univers est dynamique et imprévisible.
Et avec le Gemini, tout peut être chamboulé en un instant
si un événement survient durant la nuit !
En astronomie, une révolution est en cours,
portée par une approche toute nouvelle
de la compréhension du cosmos.
Le télescope Gemini Nord
et son jumeau austral au Chili
sont les précurseurs d'un réseau collaboratif qui comprend
certaines des installations de recherche en physique
les plus ambitieuses et les plus innovantes du monde.
LES MESSAGER DU TEMPS ET DE L'ESPACE
Quand on regarde le ciel nocturne,
l'Univers paraît calme et tranquille.
Nous voyons les mêmes étoiles que nos ancêtres.
Après avoir effectué un très long voyage, leur lumière nous apporte
le message de leur existence ancrée dans le temps.
Pourtant, nous savons aussi que l'Univers fourmille d’activité, et qu’en son sein,
on peut observer des phénomènes qui se déroulent à l'échelle d'une vie humaine.
Certaines des plus grandes découvertes en astronomie sont issues
de l'étude de tels phénomènes.
Les astronomes les appellent « événements transitoires».
L'événement transitoire le plus évident est le changement d'apparence de la Lune.
En parcourant son orbite autour de la Terre en un mois,
elle nous apparaît chaque jour éclairée par le soleil sous un angle différent.
En étudiant les mouvements de la Lune,
les premiers astronomes ont pu prédire ses phases
ainsi que les rares occasions où elle passe
exactement entre la Terre et le Soleil.
Une éclipse solaire totale
est un spectacle impressionnant. Le Soleil étant occulté,
son atmosphère extérieure dynamique devient visible,
tout comme quelques étoiles.
En 1919,
une éclipse a inspiré une expédition en Afrique de l'Ouest,
où le ciel orageux s'est dissipé juste à temps.
Les photos des étoiles proches du Soleil prises pendant la phase de totalité
ont permis de confirmer la théorie de la relativité générale d'Einstein.
Comme prévu, la position des étoiles s’est retrouvée décalée
lorsque leur lumière est passée dans le champ gravitationnel du Soleil.
Les premiers astronomes
ont également étudié, dans le système solaire, le lent mouvements des planètes,
vues depuis notre Terre, elle-même
en mouvement autour du Soleil.
Les boucles et déplacements, complexes mais prévisibles,
des planètes par rapport aux étoiles en arrière-plan
ont permis aux astronomes de déterminer la structure du système solaire
ainsi que la place que nous y occupons.
Plus tard,
les orbites les plus étendues des comètes périodiques
ont été utilisées pour confirmer la théorie de la gravitation de Newton.
Ces visiteuses glacées
venant du fin fond du système solaire ne font qu'un bref passage dans notre voisinage,
éjectant des traînées de poussière et de gaz emportées par le rayonnement solaire.
La réapparition prévue de la comète de Halley en 1758
a confirmé la capacité de la théorie à expliquer leur mouvement.
Mais les événements les plus spectaculaires
observés par les premiers astronomes furent les explosions stellaires.
Mais elles sont rares
et seules quelques-unes ont été répertoriées avant l'invention des télescopes.
En Chine, les astronomes les appelaient
« les étoiles invitées ».
Des archives de 1054 décrivent une de ces “invitées” en particulier
qui est devenue si brillante qu'elle était visible
en plein jour.
Nous savons maintenant que ces évènements correspondent à des supernovas :
l'agonie explosive d'étoiles massives.
Les télescopes modernes révèlent
les conséquences de ces événements violents.
Les couches externes de l'étoile mourante
sont éjectées à de très grandes distances,
formant des nuages ​​complexes de gaz et de poussière appelés nébuleuses.
Ces structures diluées contiennent
des éléments rares forgés au moment de cette violente explosion.
Carbone, oxygène et fer,
les éléments constitutifs de la vie.
Les vestiges de la supernova de 1054
sont connus sous le nom de nébuleuse du Crabe,
une cible prisée des télescopes amateurs.
Enfoui au plus profond de la nébuleuse,
seul subsiste le noyau de l'étoile originelle,
formant désormais une étoile à neutrons.
D'une densité telle qu'elle se retrouve écrasée par sa propre gravité.
Une seule cuillère à soupe de cette matière pèserait autant qu'un bateau de croisière.
L'étude des événements transitoires
a permis
aux astronomes du passé de révolutionner
notre compréhension du cosmos.
Aujourd'hui encore, l'Univers nous réserve des surprises inattendues.
Les télescopes Gemini
sont à la pointe pour rechercher
de tels événements.
Bien qu’on ait un planning pour la nuit,
une alerte peut surgir
signifiant qu'un autre observatoire a repéré une anomalie.
Le télescope Gemini peut réagir très vite,
et nous sommes alors les premiers à suivre de tels événements.
Le système solaire est parsemé
de petits corps rocheux et glacés.
Les télescopes les détectent comme de minuscules points
se déplaçant devant les étoiles, en arrière-plan.
Mais certains ne sont pas comme les autres...
Le 19 octobre 2017,
des astronomes utilisant le télescope de détection Pan-STARRS
de l’observatoire Haleakalā sur l’île de Maui,
ont remarqué un petit objet se déplaçant devant les étoiles de l’arrière-plan.
Mais ils ont réalisé que quelque chose clochait.
Au vu de sa trajectoire, l’objet allait vite, très vite.
Ils ont diffusé une alerte,
et le Gemini a stoppé ce qu’il faisait pour se concentrer sur la zone,
comme l'ont fait des dizaines d'autres télescopes.
Beaucoup d’astéroïdes et de comètes gravitent autour du Soleil.
Mais les astronomes ont rapidement compris que ce nouvel objet
n'était pas un corps soumis à la gravité de notre étoile,
mais plutôt un visiteur interstellaire
de passage dans le système solaire.
Rien de tel n'avait jamais été observé auparavant.
Et il n'y avait que peu de temps pour faire des observations
avant qu'il ne reparte dans l'espace lointain.
Karen Meech,
astronome à l'Institut d'astronomie de l'Université d'Hawaï,
a été l'une des premières à étudier l'objet.
Et elle a remarqué un autre fait inhabituel :
Il clignotait !
Sa luminosité variait d'un facteur 1 à 10,
ce qui était remarquable car nous n'avions jamais rien vu
dans le système solaire offrant une variation de luminosité aussi importante.
Les variations de luminosité de ces petits objets comme les astéroïdes
apportent des indices sur leur composition, leur forme et leur rotation.
Lorsqu'ils tournent, ils réfléchissent des quantités variables
de lumière.
À première vue, cela implique
qu'un côté est environ dix fois plus long
que l'autre.
Les calculs ont montré
que ce visiteur interstellaire faisait 400 mètres de long.
Plus tard, on lui a donné un nom hawaïen
en l'honneur du lieu où elle a été découverte.
Le nom, ‘Oumuamua, signifie
« un messager venu du passé ».
Les astronomes
n'ont eu que trois mois pour observer ‘Oumuamua
avant qu'il ne soit perdu à jamais dans les profondeurs de l'espace.
Il ne reviendra jamais.
Réagir rapidement lors d’événements
inhabituels est essentiel pour pouvoir étudier
ces objets insolites et fugaces.
Mais d'abord… il faut les repérer.
Sur les hauteurs du Cerro Pachón
au Chili,
le télescope Gemini Sud a un nouveau voisin.
Un tout nouveau type de télescope :
l'observatoire Vera C. Rubin
de la Fondation nationale des sciences des États-Unis
et du Département de l'Énergie des États-Unis.
L'observatoire porte le nom de l'astronome américaine,
qui a posé les bases de domaines clés de l'astronomie moderne. Plus particulièrement,
en fournissant la première preuve convaincante de l'existence
de la matière noire.
La matière noire
reste l'un des plus grands mystères de l'astronomie.
Nous ne savons pas de quoi il s'agit, mais nous observons les effets de sa gravité par effet de lentille,
comme la distorsion de la lumière des galaxies lointaines,
et dans le mouvement de leurs étoiles.
Le télescope Rubin possède un champ large
et une grande agilité.
D'un seul coup d'œil,
il capte la lumière d'une zone de la taille de 45 pleines lunes...
ce qui lui confère le plus grand champ de vision de tous les télescopes de cette taille.
En dirigeant
la lumière captée vers la plus grande caméra astronomique du monde,
Le télescope Vera Rubin enregistre le cosmos avec une précision incroyable.
Une seule image remplirait 400 téléviseurs
Ultra HD.
Malgré sa taille,
Le télescope Vera Rubin est remarquablement agile,
tournant suffisamment vite pour capturer une nouvelle image toutes les 30 secondes.
À cette vitesse, il peut observer la constellation d'Orion
en seulement 21 minutes, et le ciel entier
toutes les deux ou trois nuits.
En scrutant le ciel à plusieurs reprises sur une période de dix ans,
Le télescope Vera Rubin crée lentement le film accéléré ultime,
dans lequel les événements cosmiques transitoires
sont les acteurs vedettes.
Un puissant centre de données
compare les images entrantes rapidement, repérant
jusqu’aux plus infimes changements par rapport aux nuits précédentes.
Ce processus génère une multitude de nouvelles découvertes :
des astéroïdes et des comètes, aux explosions de supernovae,
et des événements s'étendant jusqu'aux limites de l'univers observable.
Là où de tels événements
étaient autrefois rares et surprenants pour les astronomes,
Rubin peut en identifier jusqu'à 10 millions chaque nuit.
Ce qui change tout !
Le nombre de nouvelles découvertes est déjà impressionnant.
Des systèmes informatiques sophistiqués sont nécessaires pour différencier les observations de routine
des observations qui sortent de l’ordinaire et sélectionner les meilleures cibles
pour les autres observatoires du monde entier.
Alors que le télescope Vera Rubin et le réseau mondial d'observatoires s'efforcent
de capter la lumière du ciel dynamique, d'autres installations
apportent un point de vue totalement différent
sur le cosmos.
Les astronomes du passé
pouvaient détecter des étoiles qui explosent, des planètes et des galaxies,
car ces objets émettent
ou réfléchissent de la lumière vers nous.
La lumière agit comme un messager infatigable,
transportant l'information à travers le vaste vide spatial.
Au-delà de la lumière visible que nous percevons, la lumière existe
sous d'autres longueurs d’onde, qui apportent d’autres informations.
Ensemble,
ces rayonnements constituent le spectre électromagnétique,
qui comprend... les très énergétiques rayons gamma...
la lumière visible...
l'infrarouge...
Les micro-ondes...
et les ondes radio de faible énergie.
Mais nous pouvons désormais aller
bien plus loin, au-delà de la lumière visible “ordinaire”,
pour découvrir une vision différente et complémentaire de l'Univers..
Ces messagers tels que les rayons cosmiques, les neutrinos,
et les ondes gravitationnelles…
ne produisent aucune lumière visible..
Cependant, ils trahissent parfois
leur présence...
Les magnifiques aurores boréales du ciel du nord et du sud
fascinent les observateurs du ciel depuis des millénaires.
Nous savons maintenant que leur lumière est créée
lorsque les rayons cosmiques des tempêtes solaires entrent en collision
avec les gaz de notre atmosphère.
Les rayons cosmiques
sont composés de particules à haute vitesse, émises par les étoiles,
les supernovas, et les disques entourant les trous noirs.
Ils traversent l'espace à une vitesse
proche de celle de la lumière.
Ces dernières années,
quelques rares détections de rayons cosmiques de très haute énergie ont également révélé
des sources jusqu'alors inconnues, Elles restent encore à étudier.
Les rayons cosmiques
sont souvent accompagnés de particules qui interagissent faiblement
des neutrinos, qui passent silencieusement, non seulement à travers notre atmosphère,
mais aussi à travers notre corps, et à travers la Terre elle-même.
Les neutrinos se déplacent dans la matière
Sans qu'on puissent les détecter .
Contrairement à la lumière, ils peuvent s'échapper
directement du noyau d'une étoile,en apportant des informations
sur les profondeurs de notre Soleil ou annonçant la fin prochaine
d’une étoile en supernova.
Bien qu’insaisissables,
les neutrinos peuvent être détectés.
Leurs rares interactions sont révélées
par de minuscules éclairs lumineux,
dans de vastes souterrains remplis de fluides spéciaux.
Mais, les messages transportés à travers le cosmos
dans les subtiles ondulations de la structure même de l'Univers,
sont encore plus insaisissables
que les neutrinos
Situés dans des régions reculées
de la Louisiane et de l'État de Washington, les détecteurs jumeaux de l'observatoire LIGO
font partie
d'un réseau mondial d'instruments détectant les ondes gravitationnelles.
Les ondes gravitationnelles sont
prédites par la théorie de la relativité générale d'Einstein.
Einstein a montré que la gravité est causée par des objets massifs comme la Terre
qui déforment l'espace-temps, un continuum quadridimensionnel d'espace et de temps.
Les ondes gravitationnelles se forment lorsque des objets en mouvement
créent des distorsions dans l'espace-temps qui se propagent vers l'extérieur
à travers l'Univers à la vitesse de la lumière.
Mais comment détecter ces ondulations ?
La réponse réside dans leur influence
sur la trajectoire de la lumière.
Seules les ondes gravitationnelles les plus puissantes peuvent être détectées,
et même dans ce cas, l'effet mesuré est minime.
Pour y parvenir,
le LIGO et les observatoires similaires doivent créer
deux faisceaux de lumière laser parfaitement synchrones.
Le LIGO projette ses lasers dans du vide,
dans deux tunnels perpendiculaires.
Chaque tunnel mesure quatre kilomètres de long,
Mais ce n'est quand même pas suffisant pour détecter un effet.
La lumière doit être réfléchie environ 300 fois dans les deux sens
le long de chaque tunnel.
Si une onde gravitationnelle
passe, l'espace traversé par les faisceaux est déformé,
ce qui fait que les faisceaux parcourent des distances légèrement différentes,
de sorte qu'ils ne sont plus parfaitement synchronisés.
Même après avoir amplifié l'effet produit
en réfléchissant les faisceaux des centaines de fois sur les miroirs,
la différence est plus petite que le noyau d'un atome.
Mais c'est suffisant pour obtenir une détection.
Le 17 août 2017, LIGO a détecté
une onde gravitationnelle de forte intensité, confirmée par un autre détecteur en Italie.
Des astronomes du monde entier
ont cherché désespérément le coupable et ont découvert une source lumineuse déclinant rapidement
dans une galaxie lointaine et uniquement connue
sous l’appellation NGC 4993.
Un événement d’une telle ampleur ne pouvait avoir été causé que
par la collision de deux objets incroyablement massifs.
Dans ce cas, il s’agissait de la collision de deux étoiles à neutrons :
un phénomène rare appelé kilonova.
Les kilonovas avaient été prédites depuis longtemps,
mais n’avaient jamais été observées auparavant.
Des dizaines de télescopes, dont
le Gemini Sud, le SOAR et le télescope Blanco
ont collaboré pour observer
les variations de lumière de la kilonova.
Le rayonnement de différentes parties du spectre nous a apporté leurs informations :
rayons gamma, ultraviolets,
rayons X et ondes radio.
Mais peut-être que l'histoire la plus importante
est celle qui nous a été racontée par le rayonnement infrarouge.
C'est ici que les astronomes ont trouvé des preuves
de la création de l'or et du platine, une découverte extraordinaire
qui a enfin résolu le mystère de la formation de ces éléments lourds
dans l'Univers.
Sans LIGO,
la kilonova serait passée inaperçue.
Et sans la rapidité de réaction de télescopes comme le Gemini,
son importance n'aurait pas été décelée.
Nous sommes à l'aube d'une ère nouvelle.
La question n'est pas de savoir si nous allons faire une découverte qui changera le monde,
mais plutôt quand ! Et aussi à quelle fréquence.
C'est un privilège de faire partie de cette immense communauté d'astronomes,
de scientifiques qui analysent les données, d'ingénieurs et de tous ceux
qui œuvrent pour rendre cela possible.
L'astronomie des événements transitoires arrive à maturité.
Nous vivons une profonde transformation
de notre façon d'étudier le cosmos.
Depuis notre petite planète bleue,
nous assistons à des collisions cosmiques massives, traquons les voyageurs interstellaires,
et tentons d’élucider l'histoire de l'Univers.
Cette révolution dans le domaine de l’astronomie
nous révèle des merveilles autrefois cachées
et dévoile de tout nouveaux mystères.
Quelles nouvelles découvertes allons nous faire ?
Il nous suffit d'écouter
les murmures des Messagers du Temps et de l'Espace.