Étoiles de la mort : Les monstres du cosmos

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Dans la première trilogie de « Star Wars », l’Étoile de la Mort est une station spatiale sidérale sphérique mobile de la taille d'une lune, dotée d'un rayon laser surpuissant capable de détruire une planète d'un seul tir.

L’Étoile Noire est une invention de science-fiction, mais dans la réalité l’Univers est peuplé de vrais objets célestes au pouvoir de mort terrifiant. La plupart sont des étoiles en fin de vie dont l’explosion, si elle se produisait trop près de notre Galaxie, pourrait générer des phénomènes aux conséquences mortelles pour la Terre : bombardement de rayons gamma, déviation de trajectoire, destruction de la couche d’ozone, extinction de masse, etc.

Si les scénarios catastrophe élaborés par les scientifiques qui auscultent ces phénomènes ne sont pas pour demain, les dangers qu’ils représentent ne sont pas pour autant à ignorer. Leur étude permet en effet d’engranger des connaissances précieuses sur les cycles de vie et de mort des étoiles, et par là même, d’anticiper sur l’avenir de notre propre système solaire. Ce documentaire nous emmène sur la piste de ces monstres du cosmos.

. Gangsters de l’Univers

Le calme trompeur qui règne sur notre planète occulte le chaos permanent de l’Univers. Chaque jour, des étoiles en fin de vie y explosent, libérant d’incroyables quantités d’énergie. Ce phénomène, qui accouche de ce que les astronomes appellent une supernova, se produit lorsque les couches extérieures de l’étoile, entièrement consumées, s’effondrent vers son noyau central sous l’effet de la gravité avant de rejaillir vers l’extérieur dans une immense explosion. Un rayonnement de lumière aussi bref qu’intense se produit alors, ainsi qu’un fantastique dégagement d’énergie. Conséquence immédiate : toutes les planètes se trouvant au voisinage de l’étoile qui vient d’exploser sont frappées par cet effet de souffle à l’échelle du cosmos.

Une telle explosion, si elle se produisait au voisinage immédiat de la Terre, l’anéantirait immanquablement. Mais heureusement, toutes les supernovas qui ont été trouvées jusqu’à présent ont eu lieu dans des régions très éloignées de notre système solaire. Pourtant, il se pourrait bien que l’une de ces étoiles en fin de vie – un « gangster de l’Univers », comme les surnomment certains astronomes – puisse nous menacer dans un avenir proche.

Découverte en 1998, et baptisée WR 104 par les astronomes, il s’agit d’une étoile super massive, également appelée « étoile de type Wolf-Rayet », située dans la constellation du Sagittaire, à environ 8 475 années lumière de la Terre. Découvertes en 1867 par les astronomes Charles WOLF et Georges RAYET, de l’Observatoire de Paris, les étoiles de ce type comptent parmi les plus massives des populations stellaires. Elles sont environ 30 fois plus vastes que notre soleil.
WR 104 possède une période orbitale d’environ de 240 jours et génère un vent stellaire en spirale constitué de poussières qui ne peuvent s’agglomérer en raison de l’intensité des radiations de l’étoile. Des mesures optiques réalisées en 2008 donnaient à penser que son axe de rotation était incliné de 16° par rapport à la Terre, mais des données plus récentes ont corrigé ces calculs, indiquant une inclinaison de 30 à 40°.

. Sursaut gamma

Cette correction est alarmante, car elle place WR 104 en position de générer un rayonnement en direction de la Terre en cas de son explosion en supernova. Un tel phénomène s’accompagne en effet de rejets de matière par les pôles de l’étoile et par de puissants rayonnements énergétique. Le principal danger serait de voir se produire ce que les astronomes appellent un « sursaut gamma », ou GRB (de l’anglais gamma-ray bursts), c'est-à-dire une émission massive de photons gamma, qui soumettraient alors la Terre à un bombardement électromagnétique extrêmement puissant.

Seules quelques étoiles donnent naissance à ce type de phénomène lorsqu’elles explosent, mais les conséquences peuvent s’avérer dévastatrices. Lisa KEWLEY, chercheuse à l’université d’Hawaï, décrypte le mécanisme d’un sursaut gamma. Lorsque l’étoile s’effondre sur elle-même, elle produit un immense champ électromagnétique ; en un instant, l’énergie de ce champ est transformée en particules de matière et d’antimatière qui entrent en collision les unes avec les autres et génèrent ainsi une formidable émission d’énergie.

. Rayons de la mort

Les rayons gamma sont les plus puissants du spectre énergétique. Cette caractéristique leur vaut d’être infiniment plus dangereux que les micro-ondes, les rayons infrarouges, ou même les rayons X. La science a percé les secrets de leur fonctionnement pour les domestiquer, et ils sont aujourd’hui utilisés dans différents domaines d’application, tels celui de l’industrie agroalimentaire, où la technique du bombardement par rayons gamma sert à éliminer les micro-organismes de certains produits ou matières premières. Mais cette technologie utilise des quantités infinitésimales de rayons gamma, incomparables avec l’énergie colossale générée par un sursaut gamma. S’il se produisait en direction de la Terre, un tel phénomène aurait des conséquences bien plus dévastatrices, comme si des milliers de bombes nucléaires explosaient simultanément au-dessus de nos têtes. On peut facilement imaginer quelles en seraient les conséquences sur les êtres vivants.

Pour les scientifiques, il est donc primordial de pouvoir calculer dans quelle direction se produira le sursaut gamma en cas d’explosion de WR 104 en supernova. Quand elle s’effondre, une étoile de ce type se transforme en un disque dense et aplati qui s’étale dans son environnement. Les seuls orifices libérés de matière d’étoile sont les pôles de son axe de rotation. C’est donc dans ces directions que le rayonnement peut se produire, car la résistance y est beaucoup moins importante qu’ailleurs. Pour les scientifiques qui étudient WR 104, le scenario du pire se produirait si l’axe de rotation de WR 104 était pointé en direction de la Terre au moment de son explosion.

. Scenario catastrophe

Or, c’est précisément ce que l’étude de WR 104 a mis en évidence : la configuration du panache de poussière stellaire qui entoure l’étoile indique que celle-ci se trouve face à nous. En résumé, la Terre regarde directement dans le canon du fusil cosmique qui la menace : en cas d’émission d’un sursaut gamma, l’un des deux « jets » de WR 104 sera pointé vers nous.
Cette étoile de la mort est une bombe à retardement dont le mécanisme est déjà en marche. Les scientifiques savent que son explosion aura lieu ; en revanche, il leur reste à savoir si elle génèrera un sursaut gamma, et si c’était le cas, si son rayonnement pourra parcourir les quelques 8 475 années lumière qui séparent WR 104 de la Terre. Les avis des spécialistes divergent sur ce point. Certains estiment qu’une infime variation de l’axe de rotation de WR 104 au moment de son explosion pourrait dévier la trajectoire des rayons gamma et épargner ainsi la Terre. Pour d’autres, il ne fait en revanche aucun doute que nous serons touchés. Même après avoir parcouru des milliers d’années lumière, le sursaut gamma généré par l’explosion de WR 104 en supernova resterait suffisamment puissant pour détruire plus de la moitié de la couche d’ozone qui protège notre planète des rayonnements nocifs. Le corollaire d’un tel phénomène serait une extinction de masse, c'est-à-dire la disparition d’une grande partie des espèces vivantes, au premier rang desquelles l’homme.

. Metallicité

Un phénomène connu des astronomes sous le nom de « métallicité » pourrait cependant nous épargner cet Armageddon. Les étoiles sont en effet composées essentiellement d’hydrogène et d’hélium, mais des éléments plus complexes et plus lourds, appelés « métaux », naissent à chaque fois qu’une étoile explose : du carbone, de l’azote et de l’oxygène. Ces éléments deviennent alors les matériaux de base de la génération suivante d’étoiles ; c’est ainsi qu’une étoile née aujourd’hui comprend plus d’éléments lourds, autrement dit une métallicité plus importante, qu’une étoile née antérieurement. Or, une étoile qui possède une forte métallicité a tendance à perdre beaucoup de sa masse à cause des vents stellaires qui sont générés, ce qui ralentit sa vitesse de rotation.

Les étoiles de type Wolf-Rayet explosent systématiquement en supernovas, mais du fait de leur métallicité importante, elles sont beaucoup moins nombreuses à provoquer un sursaut gamma. Il se pourrait donc que la métallicité joue le rôle d’un frein cosmique dans le cas de WR 104 ; la bombe à retardement qu’elle représente serait alors désamorcée. Aucun modèle prévisionnel fiable ne permet cependant de prédire à l’avance si une étoile qui explose en supernova génèrera ou non un sursaut gamma ; avec WR 104, la Terre doit donc s’attendre à jouer à une partie de roulette russe cosmique dont dépendront peut-être toutes les formes de vie résidant à sa surface.

. Trou noir géant

Les étoiles super massives ne sont pas les seuls objets stellaires capables d’exercer une telle violence. Dans leur observation incessante des confins de l’Univers, les astronomes ont ainsi mis à jour un autre monstre du cosmos : la galaxie 3C321. Également appelé « galaxie de l’étoile morte », ce quasar comporte en son centre un trou noir géant dont la masse équivaut à des millions de fois celle du soleil. A la périphérie de ce trou noir, la densité de la matière est telle qu’elle a provoqué un jet de particules de haute énergie, dont les inévitables rayons gamma, qui viennent frapper avec force la paroi de la galaxie voisine. La zone d’impact de ce jet énergétique agit comme une explosion puissante, avec un effet de dispersion : c’est comme un coup de feu cosmique.

Ces données, qui ont pu être rassemblées grâce au télescope spatial à rayons X Chandra, indiquent que cet alignement improbable s’est produit depuis moins d’un million d’années. C’est heureux car un tel jet contient des particules ultra-relativistes en grande quantité et surtout des rayons gamma et X très énergétiques. Autant dire que les planètes de la petite galaxie voisine, membres de systèmes planétaires traversant ce jet, voient leurs atmosphères sérieusement perturbées et même détruites. La couche d’ozone éventuelle d’une planète pouvant abriter la vie n’y résisterait pas, pas plus que les organismes vivants exposés à des radiations si puissantes d’ailleurs. Si notre propre galaxie, la Voie Lactée, se retrouvait soumise au rayonnement d’un tel jet énergétique, l’effet sur sa couche d’ozone serait catastrophique : en l’espace de quelques semaines, quelques mois tout au plus, celle-ci serait complètement détruite, sonnant la fin de toute vie sur Terre.

. Étoiles hyper-véloces

Continuant son tour de l’Univers des menaces cosmiques, le documentaire ouvre un nouveau chapitre consacré aux étoiles hyper-véloces. Ces bolides stellaires propulsés à des vitesses inimaginables sont des objets très rares dans notre Voie Lactée. Warren Brown, qui est le premier astronome à les avoir observées, estime ainsi que, dans la Galaxie, seule une étoile sur 100 millions possède ces caractéristiques d’hyper-vélocité.

Une étoile hyper-véloce, ou étoile vagabonde, est une étoile qui a été éjectée d’un ensemble d’étoiles très rapprochées les unes des autres au sein duquel elle gravitait ; une fois séparée du reste de ses semblables, elle poursuit alors sa course dans l’Univers, à la manière d’une balle perdue qui atteindrait la vitesse folle de 1,6 millions de km/h. Dans l’état actuel des choses, aucune de ces étoiles vagabondes ne se dirige vers nous, mais si c’était le cas, les conséquences pourraient s’avérer désastreuses pour notre planète. On pourrait en effet voir la Terre quitter l’orbite solaire sous l’effet de l’attraction gravitationnelle engendrée par le passage d’une étoile vagabonde. Elle serait alors éjectée du système solaire et privée de sa principale source d’énergie : le soleil.

. Étoiles à neutrons

Les étoiles à neutrons sont d’autres monstres de la Galaxie dont l’influence pourrait avoir des conséquences désastreuses pour la Terre. Ces objets célestes résultent de l’effondrement d’une étoile dont le cœur n’est pas assez massif pour créer un trou noir. Il forme alors un noyau dense de matière comprimée dans un tout petit espace : l’équivalent de la masse du soleil peut ainsi se retrouver pressé dans une sphère de seulement quelques dizaines de kilomètres de rayon. La gravité y est tellement forte que les protons et les électrons des atomes de l’étoile sont agglomérés ensemble pour former des neutrons.

En elles-mêmes, les étoiles à neutrons ne représentent aucun danger pour leur environnement, car elles peuvent rester stables durant des milliards d’années. Mais les choses se compliquent si deux étoiles à neutrons tournent ensemble au sein du même système. S’attirant l’une l’autre, leur orbite se raccourcit en effet progressivement, provoquant leur rencontre, synonyme d’explosion. Celle-ci génère un sursaut gamma extrêmement bref – moins de deux secondes – mais très puissant : son énergie équivaut à celle libérée par le soleil au cours de toute sa vie.

Ce qui inquiète les astronomes, c’est qu’il existe environ deux douzaines de systèmes binaires d’étoiles à neutrons en orbite dans la Voie Lactée. Il suffirait ainsi qu’une explosion se produise entre deux étoiles dont les rayons seraient dirigés vers la Terre pour qu’un sursaut gamma nous touche de plein fouet. Les scientifiques ont calculé que ces fusions d’étoiles à neutrons se produisaient environ tous les 100 millions d’années à l’intérieur d’un périmètre susceptible de mettre la Terre en danger. Étrangement, ce chiffre correspond à la fréquence des extinctions de masse qui ont été enregistrées dans l’histoire de notre planète. Serons-nous la prochaine espèce à disparaître à cause de la danse mortelle des étoiles à neutron dans le voisinage de notre Galaxie ?

. Autres postulantes

Pour finir, le documentaire dresse une liste non exhaustive d’autres étoiles de la mort situées dans la lointaine banlieue de notre Galaxie. Leur fin programmée ne représente aucune menace pour nous du fait de leur éloignement ou de leur axe d’inclinaison, mais elle n’en constituera pas moins un phénomène remarquable.
C’est le cas de l’étoile hypergéante Eta Carinae, située dans la Constellation de la Carène, entre 7000 et 10 000 années-lumière de la Terre. Son explosion en supernova sera tellement intense qu’elle deviendra l’objet céleste le plus brillant jamais observé dans l’Univers.

Plus près de nous – entre 430 et 640 années-lumière – Bételgeuse, une étoile supergéante rouge située dans la Constellation d’Orion, constitue un autre objet singulier. Les astronomes pensent qu’elle pourrait exploser dans moins de 500 000 ans – une poussière à l’échelle de l’âge de l’Univers – libérant un sursaut gamma. La particularité de Bételgeuse est d’être entourée par une épaisse couche d’hydrogène qui absorbera très probablement ce rayonnement, faisant office de bouclier anti rayons gamma.

. Mourir au soleil

Au final, ce n’est pas des régions les plus lointaines de l’Univers que viendra le cataclysme qui détruira notre planète, mais de sa principale source de vie : le soleil. En effet, s’il lui reste environ 5 milliards d’années à vivre, les astronomes estiment que l’emballement de son activité pourra représenter un important danger pour la Terre bien avant cette échéance. Plus le soleil vieillit, plus il devient lumineux et puissant. D’ici 500 millions d’années environ, ce rayonnement deviendra si intense que la Terre se réchauffera subitement. Les océans s’évaporeront, transformant notre planète bleue en un désert aride semblable à celui que l’on trouve sur Mars. Le soleil entrera alors dans sa dernière phase : celle de géante rouge. Il ne pourra pas exploser en supernova car sa masse n’est pas assez importante, mais le scenario de sa fin est parfaitement connu. Arrivé au stade de géante rouge, le soleil entrera en expansion et engloutira les planètes les plus proches : Mercure, Vénus, et peut-être même la Terre.

Mais cette fin de notre monde ne signifiera pas pour autant la fin de toute forme de vie dans l’Univers. En effet, si les étoiles de la mort ôtent la vie, elles en sont aussi à l’origine. Tous les éléments lourds dont nous sommes faits proviennent d’explosions d’étoiles qui ont eu lieu depuis la création de l’Univers. Leur fin a permis l’apparition d’atomes qui, en se combinant au gré des circonstances, ont fini par donner naissance à la vie telle que nous la connaissons sur Terre. Pourquoi ce scenario ne se répèterait-il pas ailleurs dans l’Univers ? Comme l’astronome Carl SAGAN le disait : « nous sommes faits de poussières d’étoiles » ; ces poussières, tant qu’elles existeront, continueront à charrier les atomes primordiaux nécessaires à l’apparition de la vie jusqu’aux confins les plus éloignés de l’Univers.

EN RÉSUMÉ : Derrière un titre assez racoleur, ce documentaire s’intéresse à quelques-uns des plus fascinants objets de l’Univers et aux phénomènes qui leur sont associés : étoiles de Wolf-Rayet, étoiles à neutrons, étoiles hyper-véloces, trous noirs, supernovas, sursauts gamma, etc. Très pédagogiques, et souvent illustrées par de petites expériences aussi ludiques qu’instructives, les explications ne se perdent jamais dans des détails hors de portée du profane mais s’attachent au contraire à définir très clairement chacun des sujets abordés. La rigueur scientifique n’est pas pour autant sacrifiée grâce à la qualité des intervenants, tous spécialistes reconnus dans leur discipline. Grâce à ce traitement, les sujets les plus ardus deviennent ainsi accessibles, ce qui permettra à tout un chacun d’apprécier cette plongée dans le monde déroutant, et un tantinet effrayant, des « monstres du cosmos ». De la bonne, voire de l’excellente vulgarisation !

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Complément : cataclysme



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