Bestiaire cosmique

Si le mot « galaxie » ne vous évoque qu’un smartphone, ou si vous espérez que l’on pose, un jour, le pied sur la constellation de la Grande Ourse, je vous invite à me suivre et à ouvrir grand les portes du zoo de l’univers. Ce seront là vos premiers pas dans l’initiation à l’astronomie, les explications demeureront donc simples… sans être simplistes, promis.

Allez, partons découvrir notre bestiaire cosmique, à peu près par ordre de tailles. Après vous…

Étoiles filantes et météorites

Il s’agit là de phénomènes atmosphériques. Lorsque des cailloux ou même de simples poussières, venus de l’espace, entrent dans notre atmosphère (ou celle d’un autre astre), leur grande vitesse lors de leur entrée dans l’air, les fait s’échauffer. Ils brûlent ainsi dans l’atmosphère en laissant derrière eux une traînée brillante, ce que l’on appelle une étoile filante (donc rien à voir avec les véritables étoiles).

Lorsque le caillou est assez gros pour ne pas être totalement consumé dans l’atmosphère, et que ce qu’il en reste termine sa course dans votre jardin, on appelle cela une météorite.
Vous aurez généralement peu de temps pour faire un vœu. Mais s’il s’agit d’une énorme météorite, faites-le impérativement !

A ce sujet, précisons que si l’on parle de caillou, il peut bien sûr s’agir d’objet plus gros, voir très très gros (astéroïdes ou comètes). Dans ce dernier cas, on ne parle plus de « météorite » mais de « catastrophe planétaire ». Heureusement, leur rareté est inversement proportionnelle à leur taille…

Astéroïdes et comètes

Les très gros cailloux qui se promènent dans l’espace, généralement autour du Soleil (ou d’une autre étoile) sont appelés des astéroïdes. Ils sont solides, ont une forme irrégulière, et leur taille varie de quelques dizaines de mètres à plusieurs centaines de kilomètres (au-delà de cette taille, ils prendraient une forme sphérique en raison de leur masse importante, soumise à la force de gravitation, et ce ne seraient plus des astéroïdes mais autre chose que l’on verra plus bas).

Dans notre système solaire, beaucoup de ces astéroïdes se situent entre la planète Mars et la planète Jupiter, formant une ceinture : la bien nommée ceinture d’astéroïdes. Mais oubliez tout ce que vous avez pu voir dans les films de science-fiction : inutile de vous imaginer zigzaguer entre les cailloux. Du fait de la distance immense séparant chacun de ces astéroïdes, même en parcourant sans cesse cette ceinture d’astéroïdes, il vous faudrait une chance de millionnaire du Loto pour tomber par hasard sur l’un d’eux.

Certains corps, de même taille mais plus éloignés, peuvent être constitués en grande partie de glace d’eau. Ce sont des noyaux cométaires. Quand, par le hasard des interactions gravitationnelles, ils viennent à s’approcher du Soleil, cette glace se vaporise et forme, avec des poussières entraînées dans le flux, une gigantesque queue derrière cet objet que l’on appelle alors une comète (voir ci-dessus).
Précisons qu’il n’est pas toujours aisé de distinguer un astéroïde contenant beaucoup de glace d’eau et un noyau cométaire contenant beaucoup de roches et de poussières.

Remarquons que beaucoup des étoiles filantes illuminant notre ciel sont en fait des poussières laissées par le passage, parfois très ancien, d’une comète. Durant chaque mois d’août, par exemple, la Terre traverse la traînée que laisse la comète Swift-Tuttle à chacun de ses passages (tous les 130 ans). A noter qu’il est possible que cette comète, du fait de sa trajectoire, vienne un jour taper la Terre ou la Lune… mais assurément pas dans le prochain millier d’années (vous voilà rassurés, reprenez votre respiration).

Satellites

Un satellite est un objet tournant autour d’un autre, plus important. En astronomie, cela qualifie surtout un astre tournant autour d’une planète (ou d’un gros astéroïde). On peut alors préciser « satellite naturel » pour bien les différencier des petites boîtes pleine d’électronique envoyées autour de la Terre pour nous permettre de suivre la finale de Coupe du Monde à la télé.
On appelle cela aussi une « lune » en référence au satellite naturel de la Terre qu’est la Lune.
L’image ci-dessous est une vue d’artiste de la surface de Triton, la plus grande lune de la planète Neptune (dont on aperçoit le croissant illuminé par le très lointain Soleil)…

Ces satellites peuvent avoir des tailles très différentes ainsi que des couleurs et des formes tout aussi diverses. Les deux lunes de Mars ressemblent à deux petits astéroïdes biscornus (d’ailleurs, ce sont peut-être des astéroïdes capturés par la planète) alors que notre Lune est, elle, bien imposante et bien sphérique. Des satellites peuvent même être plus grands que des planètes : Ganymède (satellite de Jupiter) et Titan (satellite de Saturne) sont plus volumineux que la planète Mercure.

Voici une représentation (en anglais) d’astres appartenant au système solaire (planètes, planètes naines, satellites), plus petits que la Terre. Vous y retrouverez Ganymède et Titan (ainsi que d’autres satellites plus petits).

Si, dans notre système solaire, certaines planètes ont de nombreux satellites (au moins 67 pour Jupiter, par exemple), d’autres n’en ont aucun (Mercure et Vénus).

Un exemple pour les cinéphiles ? L’action du film Avatar se déroule sur Pandora qui n’est pas une planète mais un satellite de la planète Polyphème qui, elle-même tourne autour de l’étoile Alpha Centauri A. Il s’agit bien sûr d’une fiction : seule l’existence de cette étoile est avérée. Il est probable que, dans peu de temps, nos instruments nous permettront de détecter de tels astres lointains. Mais il faudra sans doute patienter un peu plus avant de pouvoir s’en aller gaiement (ou pas) couper des arbres et récolter de l’Unobtainium sur Pandora.

Planètes

Ce sont des astres assez imposants pour que leur masse leur fasse adopter une forme sphérique (plus un objet est massif, plus la gravitation est intense, plus les reliefs sont écrasés, plus la forme devient globalement sphérique).

Si les satellites tournent autour des planètes, les planètes, elles, tournent généralement autour d’une étoile (on peut même imaginer que certaines tournent autour de couple d’étoiles rapprochées).

Huit planètes, dont la Terre, tournent autour de notre étoile, le Soleil (oui, le Soleil n’est qu’une étoile… mais c’est la nôtre), formant ainsi, avec les astéroïdes et les comètes, le système solaire. On sait aujourd’hui que la plupart des étoiles sont, elles aussi, entourées d’un tel cortège planétaire, formant ainsi des systèmes stellaires.

Ces planètes se divisent en deux types…

Planètes telluriques

Le meilleur exemple de cette catégorie nommée planètes telluriques, c’est notre bonne vieille Terre. Ce sont des planètes solides, rocheuses, les plus grosses pouvant également posséder une atmosphère, voire des océans si les bonnes conditions sont réunies (comme la Terre).

Quatre des huit planètes tournant autour du Soleil sont des planètes telluriques. Ce sont aussi les quatre plus proches du Soleil : Mercure, Vénus, la Terre et Mars (ci-dessous).

Planètes gazeuses

Bien plus grandes et massives que les planètes telluriques, les planètes gazeuses sont de gigantesques boules de gaz (en majorité de l’hydrogène) : pas de surface donc. En vous enfonçant dans l’une de ces planètes, vous seriez peu à peu réduit en bouillie par la pression environnante et consumé par la hausse de la température.

Les quatre planètes les plus éloignées du Soleil sont des planètes gazeuses : Jupiter (dont le volume pourrait contenir toutes les autres planètes du système solaire), Saturne, Uranus et Neptune (ci-dessous).

Des planètes qui n’en sont pas ou plus

Planètes naines

Il fut un temps où le système solaire possédait une neuvième planète. Une toute petite planète, très éloignée, nommée Pluton. Puis on s’est rendue compte qu’il y avait, un peu plus loin, des dizaines d’autres « pluton », voire peut-être des centaines. Et plutôt que de dire que le système solaire possédait des centaines de planètes, on a préféré retirer Pluton du lot, et créer une catégorie à part pour elle et toutes ses petites sœurs : la catégorie des planètes naines. On y ajouta même le plus gros élément de la ceinture d’astéroïdes, Cérès (ci-dessous), puisqu’il est assez gros pour avoir une forme sphérique.

Planètes errantes

Juste pour info, sachez qu’il est probable que des planètes puissent être expulsées du système stellaire leur ayant donné naissance, pour finalement errer dans l’espace inter-sidéral (espace – gigantesque – entre les étoiles). On soupçonne même que cela ait pu arriver dans notre système solaire quand il était en bas-âge.

Étoiles

Les étoiles sont des boules de gaz encore plus massives que les planètes gazeuses. Tellement massives qu’en leur centre, soumis à une pression colossale, des noyaux d’atomes fusionnent entre eux, libérant ainsi une énorme quantité d’énergie. C’est cette même fusion nucléaire qui est, plus modestement, utilisée dans nos jolies bombes thermonucléaires (ou bombe H).
Bref, un équilibre se forme entre la gravitation qui tend à écraser l’étoile, et la fusion nucléaire qui tend à la faire exploser, formant ces gigantesques boules chaudes et lumineuses que sont les étoiles.

Selon leur masse de départ et leur âge, les étoiles peuvent être petites (naines), grandes (géantes) et même très grandes (supergéantes). Sachez que la plupart des étoiles que vous voyez dans le ciel, sont des géantes et des supergéantes. Les autres, pourtant beaucoup plus nombreuses, ne sont pas assez lumineuses pour éclairer vos nuits.

Leur masse de départ et leur âge influent également sur leur température de surface, et donc leur couleur. Et il y en a de toutes les couleurs, même si vos yeux ont de la peine à distinguer ces teintes (voir l’article La nuit, tous les chats sont gris).
Notez qu’il existe également des naines brunes. Ces astres se situent entre les planètes gazeuses géantes et les plus petites étoiles. Ces naines brunes ne sont pas assez massives pour entretenir le feu nucléaire (même si elles peuvent l’allumer au début) mais la chaleur due à l’intense gravitation leur permet de rayonner faiblement. Et elles peuvent aussi être entourées de planètes.

Voici une comparaison des tailles des planètes du système solaire et de diverses étoiles, avec changement radical d’échelle entre chaque plan (cliquez pour mieux voir)…

L’ordre social est un peu le même qu’ici bas : il y a beaucoup de célibataires mais nombre d’étoiles naissent et vivent par deux, ou trois, ou plus… Par exemple, l’étoile la plus proche du Soleil – Alpha du Centaure – est en fait une étoile triple : deux étoiles de taille moyenne tournant l’une autour de l’autre (Alpha du Centaure A et Alpha du Centaure B) et une troisième, une naine rouge, un peu à l’écart du couple. C’est d’ailleurs cette dernière – Alpha du Centaure C – qui est la plus proche du Soleil. C’est pourquoi on lui a donné le nom de « Proxima du Centaure ».
Ci-dessous une vue d’artiste depuis une planète hypothétique orbitant autour d’un soleil (une naine rouge) appartenant à un système de trois étoiles…

Quant à notre Soleil, c’est une étoile très commune, célibataire et de taille moyenne (même si on appelle cela une naine jaune). Sa seule particularité est d’être notre étoile, c’est à dire celle autour de laquelle tourne notre planète et ses sœurs. Et c’est pour ça qu’on l’aime.
Le Soleil est ici sur le bord gauche de l’image, accompagné de ses huit planètes dont la Terre en troisième position (les rapports de taille sont respectés, pas les distances)

Quant aux énormes distances séparant les étoiles (hormis celles qui vivent en ménage), il existe un moyen très simple de s’en rendre compte. Ressentez-vous la différence pouvant exister entre 4 heures et 4 ans ? Oui. Eh bien, sachez que les 4 heures correspondent à la distance séparant le Soleil de sa dernière planète, Neptune, c’est à dire le temps que met la lumière pour aller du Soleil à Neptune (pour la distance Soleil-Terre, ce n’est que 8mn). Quant aux 4 ans, cela correspond à la distance séparant le Soleil de Proxima du Centaure (plus exactement, 4,22 années-lumière). Vous comprenez à présent le rapport de taille et de distance existant entre le système solaire et l’espace intersidéral… Quatre heures… Quatre ans… Bref, après avoir consumé une partie de votre existence pour parvenir à dépasser Neptune dans votre fusée « quatre cylindres en v », il vous restera encore pas mal de route à faire pour vous rendre jusqu’à l’étoile la plus proche.

Constellations

Les constellations ne font pas vraiment partie de notre bestiaire. Au départ, ce ne sont que des dessins tracés dans le ciel par différentes civilisations anciennes, en reliant des étoiles par des traits (preuve qu’ils devaient s’ennuyer sans télé autour du feu). Bien sûr, d’une civilisation à l’autre, les dessins ne correspondent pas et/ou ne représentent pas les mêmes choses. Et il faut beaucoup d’imagination pour voir un lion là où le commun des mortels ne verrait qu’un fer à repasser électrique. Bon, vous me direz qu’il aurait fallu encore plus d’imagination aux Sumériens ou aux anciens Chinois pour imaginer un fer à repasser électrique. Passons…

Aujourd’hui, ces dessins servent simplement à cartographier le ciel : on a découpé la voûte céleste en 88 zones, des petites et des grandes, englobant chacune une constellation. Et ce sont ces zones que l’on nomme maintenant « constellation ». N’importe quel point du ciel appartient donc à une constellation précise.
Ci-dessous, les constellations du Lion (ou du Fer à repasser) et de la Grande Ourse (ou Grande casserole)…

Pour en revenir aux anciennes constellations, sachez bien sûr qu’elle n’ont aucune réalité physique : ces dessins relient des étoiles qui sont à des distances très différentes les unes des autres. Il ne s’agit donc que d’un simple effet de perspective. Vu depuis le ciel d’une planète orbitant autour d’une autre étoile, les constellations adopteraient une toute autre forme. Quant à savoir si les Klingons de la planète Kronos connaissent l’usage de la casserole…

Nébuleuses

C’est un terme générique correspondant à tout ce qui paraît flou, diffus dans le ciel (et qui ne bouge pas, contrairement aux comètes). Lorsque l’on a commencé à utiliser des lunettes astronomiques, outre les étoiles et les planètes, les observateurs ont découvert de nombreuses nébuleuses sans vraiment comprendre de quoi il s’agissait. Et, de fait, il s’agit d’objets pouvant être de nature très différente.

Parmi ces nébuleuses, il y a les galaxies que nous verrons après mais également ceci, par ordre de tailles…

Nébuleuses planétaires

Cela n’a absolument strictement impérieusement rien à voir avec les planètes ! Leur nom étrange vient du fait que certaines de ces nébuleuses planétaires pouvaient visuellement ressembler à l’anneau de Saturne pour leurs premiers observateurs.
Il s’agit en fait d’étoiles en fin de vie, devenues des naines blanches après avoir expulsé de grandes quantités de matière. Et c’est cette matière expulsée qui forme ces belles figures entourant un petit point blanc au centre (ci-dessous, la nébuleuse de la Lyre). Les nébuleuses planétaires peuvent en fait être très différentes les unes des autres selon leur configuration (nombre d’enveloppes, direction et vitesse des jets, présence d’une seconde étoile). Mais elles offrent toujours de magnifiques images. Et c’est sans doute ce qui attend le Soleil dans quelques milliards d’années… mais nous ne serons plus là. Et il est probable que la Terre non plus.

Sur le même principe (mais beaucoup plus rares), il existe aussi des bulles de Wolf-Rayet (matière éjectée au cours de leur vie par certaines étoiles supergéantes et très instables).

Rémanents de supernova

Il existe aussi les rémanents de supernova. C’est plus grand, plus tortueux que les nébuleuses planétaires, et c’est issu de l’explosion d’une étoile (une telle explosion – vous l’aurez compris – s’appelle une supernova). Ci-dessous à gauche, les restes d’une supernova datant de 1054 (nébuleuse du Crabe), et à droite d’une supernova plus ancienne et donc aux débris plus dilués, datant d’une dizaine de milliers d’années (dentelles du Cygne).

Amas d’étoiles

Aujourd’hui, on n’appelle plus cela des nébuleuses. La qualité des instruments a, depuis longtemps, permis de se rendre compte que ces amas flous n’étaient en fait que des concentrations d’étoiles. Il existe deux types d’amas…

Les amas globulaires (exemple ci-dessous) sont des structures de formes plus ou moins sphériques regroupant des centaines de milliers d’étoiles. Ce sont des étoiles assez vieilles, s’étant probablement formés en même temps que les galaxies dont ils sont les hôtes : ils forment un halo autour des galaxies (notre galaxie contiendrait quelques centaines de ces amas).
Ils possèdent une densité d’étoiles bien plus importante qu’ailleurs. Si le Soleil était à l’intérieur d’un amas globulaire, le spectacle nocturne serait lumineusement impressionnant.

Les amas ouverts sont des regroupements irréguliers et plus modestes (quelques milliers d’étoiles tout au plus), et cela concerne des astres très jeunes (souvent moins de cent millions d’années), nés en même temps, et parfois encore nimbés de leurs langes gazeuses. Ces amas sont destinés à se désagréger au fil du temps. Ci-dessous, l’amas des Pléiades (3000 étoiles dont une douzaine visibles à l’œil nu)…

Nuages interstellaires

Ce sont d’immenses nuages de gaz et de poussières au sein des galaxies. Quand je dis « immenses », souvenez-vous des distances séparant les étoiles, et voyaient ces nuages s’étendre autour de milliers ou de centaines de milliers d’étoiles. C’est de cette matière que naissent les étoiles. Des étoiles qui, en mourant, viennent enrichir ces nuages en éléments nouveaux.

Lorsqu’un de ces nuages interstellaires – ou l’une de ses parties – est illuminé par des étoiles proches (par réflexion ou ionisation), on parle de nébuleuse diffuse. Au contraire, lorsqu’il s’agit d’une masse plus dense qu’à la normale, riche en poussière, venant cacher un fond lumineux en arrière-plan, on parle de nébuleuse obscure (ou sombre, ou en absorption). Ces deux types sont représentés sur cette photo : une nébuleuse obscure (dont émerge une tête de cheval) devant une nébuleuse diffuse. En bas, seules les étoiles situées à l’avant-plan demeurent visibles.

Galaxies

Une galaxie contient tout ce dont nous avons parlé jusque là. C’est donc « très » grand, avec plein d’étoiles, de gaz et de poussières.

Spirales, elliptiques ou irrégulières

Il existe des galaxies irrégulières, la plupart étant des naines contenant au plus quelques dizaines de milliards d’étoiles.
Il y a des galaxies spirales (entourées de bras spiraux s’enroulant autour d’un bulbe central) contenant quelques centaines de milliards d’étoiles.
Il existe enfin des galaxies elliptiques, des naines mais aussi des géantes, sans doute issues de la coalescence de plusieurs galaxies spirales, et pouvant contenir des milliers de milliards d’étoiles.

Voici trois exemples montrant ces différents types de galaxies (les échelles de taille ne sont pas respectées) : le grand nuage de Magellan (petite galaxie irrégulière, satellite de notre galaxie), la belle spirale M51 des Chiens de chasse, et une géante : la monstrueuse galaxie elliptique M87 de la Vierge…

La vie des galaxies est tumultueuse. Comme vous pouvez le constater ci-dessous, il arrive qu’elles se rencontrent. Toutefois, pas de dramatisation inutile : du fait de la grande distance existant entre les étoiles (bien peu de risques de collision entre elles), ce n’est pas à proprement parler un choc, plutôt une valse lente. Outre le fait que cette danse s’étend sur des centaines de millions, voire des milliards d’années, cela ressemble plus à la rencontre de deux nuages de fumée de cigarettes : cela peut faire de belles volutes, former un plus gros nuage, et donner lieu à une recrudescence de naissances d’étoile (du fait des turbulences provoquées dans le gaz interstellaire).

La Voie lactée

La Voie lactée est une galaxie contenant 200 à 400 milliards d’étoiles. L’une d’entre elle est le Soleil. La Voie lactée est donc notre galaxie. Elle est de forme spirale (avec une barre centrale) et de taille moyenne (la lumière met 100 000 ans pour la traverser de part en part).

Contrairement à ce que vous pourriez croire, on connaît bien mieux les galaxies voisines que la nôtre… car nous sommes à l’intérieur, et il nous est donc impossible de l’étudier depuis l’extérieur (si vous ne bougez pas d’une pièce de votre maison, vous pouvez aisément étudier les maisons voisines par la fenêtre mais plus difficilement imaginer la forme que possède votre propre maison). Néanmoins, grâce aux observations (et à de puissants ordinateurs), voici, ci-dessous, ce à quoi elle devrait ressembler. A noter que le point jaune montrant approximativement la position du Système solaire est démesuré par rapport à la taille de ce dernier, le Soleil étant bien sûr totalement invisible à cette échelle (vous pouvez cliquer pour une meilleure vue).

Lors d’une nuit noire, vous verrez aisément cette bande diffuse traversant le ciel et qui a donné son nom à notre galaxie : la « Voie lactée ». Il s’agit de la lumière de ces milliards d’étoiles composant notre galaxie vue par la tranche, et faisant un tour complet du ciel puisque nous sommes situés à l’intérieur.

Amas de galaxies

La plupart des galaxies se regroupent en amas galactiques (on parle de « groupe » pour les amas contenant moins de cent galaxies). La Voie lactée fait ainsi partie du « groupe local » qui contient deux autres galaxies spirales (la galaxie d’Andromède et la galaxie du Triangle) ainsi qu’une trentaine de galaxies naines. Le diamètre de ce groupe local est d’environ dix millions d’années-lumière.

Beaucoup de ces amas se regroupent eux-mêmes en superamas galactiques. Notre groupe local fait partie du superamas de la Vierge que vous pouvez voir sur l’image ci-dessous (vous pouvez cliquer pour agrandir puis fermer l’onglet). Notez bien que, sur ce schéma, chaque petit point blanc n’est pas une étoile… mais une grande galaxie pouvant contenir plusieurs centaines de milliards d’étoiles !

On pense aujourd’hui que de plus grandes structures existent dans l’univers : en étudiant les vitesses de déplacement de milliers de galaxies proches, on s’est rendu compte que plusieurs superamas formaient avec le nôtre (celui de la Vierge) une sorte de continent galactique que l’on a nommé « Laniakea » (« immense horizon céleste » en hawaïen). A une échelle encore plus grande, se formeraient des filaments galactiques, chaque point de ces filaments étant, non pas une galaxie mais un amas de galaxies ! Et ce n’est pas fini. Ces filaments entoureraient de gigantesques « bulles » vides de toute matière donnant à l’univers la structure d’une colossale mousse de savon.

Épilogue

Nous voilà parvenus au bout de notre balade au sein du zoo cosmique. Pour ne pas faire trop long et par souci de clarté, j’ai sauté quelques allées menant à des aurores boréales, des trous noirs, des pulsars et autres quasars. Nous n’avons pas non plus parlé de matière noire ou d’espace-temps. Tout cela a fait ou fera l’objet d’articles particuliers.

Quant à l’univers lui-même, je vous conseille la lecture de l’article sur le Big Bang. Mais si, avant cela, vous souhaitez tout bonnement vous promener dans notre Système solaire, la porte est ici.