M51, le tourbillon cosmique

La galaxie du tourbillon a été découverte en 1773 par Charles Messier qui lui a donné le numéro 51 dans son célèbre catalogue. En 1781, l'astronome Pierre Méchain découvre que M51 est en réalité composée de 2 objets distincts référencés plus tard NGC 5194 et NGC 5195 selon la nomenclature du "New General Catalog".

Pour l'astronome amateur la galaxie du tourbillon est une cible de choix car elle est facilement observable, bien lumineuse, très grande et surtout d'une beauté à couper le souffle. Le printemps est la meilleure saison pour l'observer lorsque la constellation des Chiens de Chasse qui l'héberge est située bien haut dans le ciel.

Quand on a bien réglé la monture et le télescope et que l'on pointe cette galaxie, on a beau en avoir déjà vue des dizaines d'images, l'émotion est grande de voir apparaître ceci sur l'écran de l'ordinateur :

Ce qu'on a sous les yeux n'est ni plus ni moins que l'interaction gravitationnelle de deux galaxies situées à 31 millions d'années-lumière. On voit parfaitement le pont de matière avec sa bande de poussières entre les deux galaxies et les déformations des bras spiraux. La plus petite NGC 5195 semble plongée dans une sorte de brume qui n'est autre que la lumière diffuse de milliards d'étoiles éparpillées par la force de gravitation.

L'interaction de deux galaxies provoque la compression et l'échauffement de grandes masses de gaz interstellaire qui vont engendrer la formation de nouvelles étoiles. Mais contrairement à ce qu'on pourrait imaginer, les étoiles déjà présentes ainsi probablement que les systèmes planétaires qui leur sont associés ne sont pas perturbés outre mesure par la rencontre entre les deux titans. Notre propre galaxie croisera un jour le chemin de notre voisine Andromède ; les habitants de la Terre, s'il ne sont pas atomisés d'ici là, n'en subiront aucune conséquence fâcheuse.

M51 a également été étudiée par Halton Arp que j'ai déjà présenté ici. Il l'a cataloguée sous le numéro 85 avec d'autres couples de galaxies en interaction.

Sur l'image ci-dessus on trouve également IC 4263, une galaxie située à 120 millions d'années-lumière dont on distingue pourtant quelques maigres détails et IC 4277, très faible spirale vue par la tranche, dont je n'ai pas pu trouver d'estimation de la distance.

Biogée

Le philosophe Michel Serres a inventé le terme de Biogée pour désigner la Vie et la Terre comme un tout indissociable. Aux temps où l'Homme luttait pour survivre à la surface de la Terre, celui-ci devait impérativement prendre en compte les contraintes naturelles s'il voulait rester en vie et perpétuer l'espèce. Peu à peu, l'emprise de l'Homme s'est étendue ; la technologie aidant, il a finalement cru pouvoir façonner la Terre et la nature comme bon lui semblait afin d'accroitre son confort et trouver les ressources nécessaires à son développement.  Nous sommes maintenant rendu à un point où l'Homme a un impact majeur sur son environnement et est capable de modifier celui-ci dans des proportions telles qu'il peut mettre sa propre espèce en danger.  Conscient de cet état de fait, Michel Serres propose un changement radical dans la façon dont est géré le monde en donnant un statut particulier à la Biogée qui devrait être systématiquement partie prenante dans toutes les discussions et négociations conduisant à des décisions ayant des répercussions à l'échelle de la planète.

Plus l'Homme s'est développé, plus il a été convaincu qu'il pouvait faire plier son environnement : débauche d'énergie pour vivre à température constante quelque soit le lieu ou la saison - rejet massif de gaz à effet de serre dans l'atmosphère - arasement de montagnes - détournement de fleuve - lutte contre la gravité afin de conquérir l'espace - les exemples sont innombrables. Et pourtant... plus l'Homme a cru maitriser son environnement  et plus il s'est affaibli. Pour s'en convaincre, il suffit de se remémorer quelques évènements récents :

L'éruption de l'Eyjafjallajökull en Islande n'était pas un cataclysme majeur, et pourtant le trafic aérien d'une bonne partie de l'Europe a été interrompu, des milliers de personnes sont restées coincées à l'étranger dans l'impossibilité de rentrer chez eux et de reprendre leur travail.

Cet hiver, la vague de froid sur l'Europe a également bloqué le trafic aérien pendant des jours entiers. Les représentants du gouvernement français ont dû prendre la parole dans les médias pour expliquer la paralysie des transports. Le bon peuple s'est indigné de l'imprévoyance des aéroports qui n'avaient soit disant plus de produit dégivrant.

Et dans environ 2 ans, le Soleil attendra le maximum de son cycle d'activité de 11 ans ; nous savons parfaitement qu'une éruption solaire un tant soit peu importante a la capacité de mettre à terre le réseau de distribution électrique et les systèmes de communication d'une bonne partie du monde. On imagine aisément l'impact sur l'économie mondiale. Qui s'en préoccupe ?

Beaucoup plus dramatique, le tremblement de terre suivi du tsunami au Japon, après avoir rayé de la carte des villes entières et fait des dizaines de milliers de morts, est en passe de faire vaciller la troisième économie mondiale. Qui aurait pu croire que le Japon dont les buildings ont bien résisté à un tremblement de terre monstrueux serait terrassé par un tsunami dont la puissance dépasse l'entendement ?  Plus d'électricité, des bâtiments ébranlés et au-delà du drame humain, ce sont les entreprises de plus hautes technologies qui sont arrêtées et ne peuvent plus produire les composants que le monde moderne a rendu indispensables (pensez donc : la production de l'Ipad 2 en est affectée !). Les bourses plongent, l'économie mondiale est perturbée et à ce jour on ne sait pas jusqu'où cela ira.

Probablement encore plus important que l'impact économique, le monde moderne vient soudain de réaliser que l'énergie nucléaire, conquête de l'esprit humain sur la matière, produit du génie des plus grands cerveaux du XXe siècle, peut conduire à une catastrophe qu'aucun être humain ne peut arrêter. Car  n'en doutons pas, même si la catastrophe est évitée de justesse, la preuve flagrante sera faite qu'une centrale peut potentiellement diverger et conduire à un accident nucléaire majeur même dans un pays à la pointe de la technologie. Les images de ces hélicoptères, moustiques tournoyant au dessus des réacteurs et larguant quelques "seaux d'eau"  pour tenter de refroidir les éléments de combustible nucléaire avaient quelque chose de dérisoire et de poignant à la fois. Le tsunami au Japon marque un tournant, une rupture dans le processus d'Humanité. On ne reviendra pas en arrière, le monde ne sera plus comme avant.

Après cela, qui peut prétendre qu'il est à l'abri ? Quel pays industrialisé peut oser affirmer maintenant que ses installations sont sures ? Séisme et probablement raz de marée attendus en Californie, désastre climatique, réveil du volcan géant de Yellowstone, impact d'une météorite un tant soit peu massive ...   Et pourtant, ce ne sont que quelques soubresauts. Le Japon s'est déplacé de 2,40 m parait-il, la belle affaire ! L'axe de rotation de la Terre aurait bougé, et alors ? La Terre s'en moque, elle n'en gardera qu'une infime cicatrice au fond de la mer. Et nous, Humains ? Qu'avons-nous appris ? Biogée a parlé, ce n'était qu'un grognement, un vague murmure, une infime protestation… L'avons-nous entendue ?

Nous n'avons plus le choix, il faudra bien accepter le fait  qu'on ne peut pas mettre les Hommes d'un côté et la Nature de l'autre ; nous faisons partie d'un tout et notre développement ne peut s'envisager qu'en harmonie avec notre environnement. Comme le dit Michel Serres, il est temps d'instaurer un dialogue à trois en donnant la parole à la Biogée. Il faut changer radicalement les modes de décisions,  rejeter les approches politiques au sens électoraliste et étriqué du terme et passer à une vision réellement mondiale, et surtout axée sur le long terme.

Le désastre japonais pose clairement le problème de l'énergie issue de la fission nucléaire, par extension cela pose également le problème des énergies non renouvelables et par extension encore celui des énergies fossiles et du réchauffement climatique. Le problème est bien entendu global, malheureusement la réponse des pays industrialisés a jusqu'à présent été locale et à courte vue. La situation a même empiré puisque l'énergie qui a été pendant longtemps une problématique gérée au niveau des états est en train de basculer vers le monde privé avec une logique économique.

Il faut maintenant penser le problème différemment, mettre en place une vraie politique d'énergie durable basée sur un plan à très long terme. Il est absurde de décréter vouloir "sortir du nucléaire" sans proposer d'alternative crédible et sans prendre en compte le développement technologique sur au moins 50 ans (un millénaire ?). La production et la gestion de l'énergie devrait être mondiale et surtout ne pas être dictée par une logique de profits financiers. La complémentarité entre les pays disposant de ressources hydroélectriques, solaires, éoliennes... est certainement une piste à explorer, mais il faudrait pour cela accepter d'abattre quelques frontières pour qu'un petit pays comme le Japon puisse en disposer sans craindre de se mettre à la merci d'intérêts financiers. La recherche de nouvelles sources d'énergie doit aussi être la priorité ; après tout, l'énergie est partout, le problème n'est "que" de trouver comment la transformer, l'exploiter et l'intégrer harmonieusement à la Biogée.

Évolution

Bien que nous soyons loin d'en comprendre tous les mécanismes, nous savons maintenant que la vie a progressé par évolutions successives. De nouvelles fonctions sont apparues au cours du temps sous l'effet du hasard ; la plupart inutiles ou non viables ont disparu, d'autres au contraire, se révélant efficaces pour assurer la survie des espèces ont été gardées par Dame Nature pour conduire à l'ensemble de la biodiversité que nous connaissons aujourd'hui.  Ce mécanisme d'essais successifs et de sélection naturelle heurte parfois le sens commun, car il nous est très difficile, à nous autres êtres humains dotés d'une espérance de vie d'un peu moins de 100 ans, d'appréhender les échelles de temps de centaines de millions, voire de milliards d'années qui sont mises en jeu dans les processus d'évolution.

Et justement... je me demande quelle pourrait bien être l'étape qui suivra Homo sapiens ? En effet, sapiens est le dernier et seul survivant de la lignée des Homo, toutes les autres espèces s'étant éteintes. Il n'y a aucune raison particulière de supposer que l'homme moderne est un achèvement et que rien de mieux ou de plus adapté ne pourra exister. Ceci peut heurter notre morale judéo-chrétienne qui nous enseigne que Dieu nous a créés à son image et que par conséquent, nous sommes ce qui se fait de mieux dans le genre humain, juste en dessous de la catégorie divine, qui est par définition inaccessible. Quelle prétention !

Évolution de la population mondiale au cours du temps
Source Wikipedia

Force est de constater qu'avec sapiens, les processus naturels ont pris un sacré coup d'accélérateur. Jusqu'à présent, Dame Nature avait l'habitude de prendre son temps, les espèces apparaissaient de temps en temps, finalement sans grand impact sur le restant de la planète, d'autres moins adaptées ou victimes de cataclysmes naturels disparaissaient sans que cela ne porte vraiment à conséquence.  Pour la première fois dans l'histoire de la Terre, une espèce a conquis le monde, a commencé à exploiter la planète au point d'entamer de manière notable les ressources qu'elle recèle.  Pour la première fois, une espèce vivante est capable de modifier profondément son environnement au point de se mettre elle-même en danger. La courbe ci-dessus montre l'évolution de la population humaine au cours du temps. Il est évident que l'explosion de la croissance de la population au cours des 100 dernières années a un impact majeur sur la planète.

Quel avenir donc ? Soit sapiens continue dans cette voie, rompt les équilibres fragiles de la planète et finalement disparaît. Sapiens n'aura alors été qu'un infime détail dans l'histoire de la Terre et un non évènement dans l'histoire de l'Univers. La planète, elle, s'en remettra ; la grande machine géologique à recycler broiera les traces de notre passage, et peut-être que dans 10 ou 100 millions d'années une autre sorte d'être pensant arrivera, plus économe, plus consciente de sa propre fragilité et donc plus durable. Même si sapiens dure un peu plus longtemps et que dans sa fuite en avant pour tenter de survivre, il finit par détruire l'essentiel de la biodiversité avant de disparaitre, nul doute que la vie perdurera et qu'une nouvelle diversité surgira et s'adaptera à ce que sera devenue la Terre.

J'entrevois une autre possibilité ;  à partir d'un certain degré de conscience il est possible qu'une autre forme d'évolution apparaisse, sélectionnant les formes d'intelligence les plus susceptibles de garantir la survie de l'espèce. Ce processus d'adaptation serait alors beaucoup plus rapide que les mécanismes de sélection biologique et permettrait de compenser la tendance humaine à l'autodestruction. Cette idée est finalement très proche du concept "d'hominescence", élégant néologisme inventé par le philosophe Michel Serres qui fait référence à l'émergence d'une nouvelle conscience humaine forgée par nos nouveaux rapports au monde qui nous entoure ainsi que par les avancées technologiques et scientifiques. Le fait de disposer de technologies permettant de balayer toute forme de vie de la surface de la Terre doit d'une certaine manière contribuer à nous rendre plus intelligents et plus tolérants... sous peine de mort !

À la limite, la maitrise de la génétique peut conduire l'humanité à bloquer le processus d'évolution naturelle, puisque toute déviance par rapport à une norme établie pourra être corrigée par une manipulation ou une thérapie génique. Si tel est le cas, cela veut dire que contrairement à ce que je disais plus haut,  sapiens est bien le niveau ultime de l'évolution biologique et que toute avancée future de l'espèce humaine ne pourra reposer que sur des mutations intellectuelles ou à la rigueur des mutations biologiques mais qui seront le fruit d'une planification consciente et non pas le résultat du hasard... Il y aura alors quelques problèmes éthiques à régler !

Univers lointain

En 1966 l'astronome américain Halton Arp publie le catalogue des galaxies spéciales (Catalog of Peculiar Galaxies), son intention était de répertorier un ensemble de galaxies en fonction de leurs caractéristiques particulières. Le catalogue contient 338 "modèles" de galaxies dont la plupart présentent des formes assez inhabituelles. L'atlas de Halton Arp est le résultat de 6 ans d'observation sur deux télescopes de l'observatoire du Mont Palomar dont le mythique 5 mètres.

La photographie ci-dessous est le résultat de 20 poses de 3 minutes sur mon télescope Newton de 150 mm de diamètre et de 750 mm de focale. Le champ photographié se trouve dans la région de la Grande Ourse et couvre une zone du ciel grande comme la pleine Lune. On y distingue deux objets référencés par Halton Arp.

La spirale presque parfaite porte la référence Arp 1 ou NGC 2857, elle est classée dans la catégorie des galaxies à faible luminosité surfacique et effectivement, la belle ne brille pas beaucoup, mais on ne lui en veut pas quand on sait qu'elle est située à un peu plus de 200 millions d'années-lumière.

Juste en dessous se trouve deux autres galaxies dont l'une semble aplatie et avoir des bras étirés. Il s'agit du couple NGC 2854 / NGC 2856 ou Arp 285, que Halton Arp a rangé dans la catégorie "infall and attraction" en d'autres termes ces deux galaxies proches l'une de l'autre sont en interaction gravitationnelle, ce qui a pour effet de les déformer. Les déformations sont bien visibles sur l'image originale du catalogue Arp reproduite ci-dessous. 

Image originale de Arp 285 par Halton Arp

Des images encore plus détaillées montrent même l'existence d'un pont de matière entre les deux galaxies (voir ici).

Sur mon image d'amateur et avec les yeux de la foi je crois que l'on distingue le très léger bras dit de contre marée sur NGC2856 (la plus proche de Arp 1) qui est l'un des effets des forces gravitationnelles qui s'exercent entre NGC 2854 et NGC 2856. Arp 285 est un peu plus proche de nous que Arp 1 avec une distance de "seulement" 115 millions d'années-lumière.

Quand on regarde bien l'image, outre les étoiles on distingue bon nombre de petite taches floues, ce sont autant de galaxies lointaines. En particulier à droite de la spirale, il y a un beau groupe de galaxies, trop éloignées pour distinguer le moindre détail, mais tout de même repérables.

Concernant Halton Arp, il n'a jamais été convaincu par la théorie du Big-Bang et a toujours considéré que le décalage vers le rouge des spectres des galaxies n'étaient pas dû à leur grande vitesse d'éloignement par rapport à nous. Surpris par la coïncidence de position entre les quasars et certaines galaxies, il a toujours pensé que ceux-ci étaient bien moins éloignés que ce qui est couramment admis et qu'ils résultent en fait d'une éjection de matière provenant des galaxies elles-mêmes. Les mesures les plus récentes ne confirment pas les hypothèses de Halton Arp.

L'image en négatif ci-dessous indique la position des différents objets mentionnés dans cette note.

Cataclysme cosmique dans la Girafe

Le 5 janvier 2011 l'astronome amateur Koichi Itagaki (attention page en italien - passer par Google traduction) a observé l'apparition d'une nouvelle étoile sur les images numériques prises à l'aide de son observatoire personnel. Il faut dire que cet agriculteur japonais n'en est pas à sa première trouvaille astronomique, puisqu'il a à son actif la découverte de 66 supernovae et de 3 comètes ! Certes le matériel dont il dispose est impressionnant, mais c'est bien un amateur, passionné du ciel et il a été plus prompt à faire cette découverte que tous les grands programmes professionnels de surveillance systématique du ciel.

L'image ci-dessous, réalisée par Koichi Itagaki, montre la galaxie NGC2655 située dans la constellation de la Girafe à 3 dates successives. Le 2 janvier, il n'y a rien de particulier, le 5 on discerne à peine un petit point lumineux et le7 janvier aucun doute n'est possible le petit point est devenu une étoile bien brillante. Celle-ci étant proche de la galaxie NGC2655, il était très vraisemblable qu'il s'agissait d'une supernova, c'est-à-dire de la manifestation de l'explosion cataclysmique d'une étoile.

Série d'images de la galaxie NGC2655 montrant l'apparition de la supernova (copyright Koichi Itagaki) 

Les télescopes professionnels ont rapidement confirmé la découverte et  un suivi systématique de l'évolution du phénomène a été entrepris par les professionnels et les amateurs. L'intensité lumineuse de la supernova qui augmentait régulièrement les premiers jours, semblent maintenant se stabiliser. Je n'ai pas pu trouver de références professionnelles mais il semble bien que le spectre, c'est-à-dire l'ensemble des différentes longueurs d'ondes qui composent la lumière de la supernova, ne contient pas les raies caractéristiques de la présence d'hydrogène. Ceci est typique d'une supernova de type 1A formée lorsque dans un système binaire composée d'une naine blanche et d'une étoile géante, la naine blanche qui accrête la matière provenant de sa compagne finit par dépasser un seuil de masse  qui provoque un échauffement très important de l'étoile qui engendre la fusion thermonucléaire du carbone puis de l'oxygène. Ces processus se produisent en quelques secondes et l'étoile explose littéralement, dispersant dans l'espace quantité d'éléments lourds. L'énergie libérée est gigantesque, au point que la supernova devient aussi brillante que des milliards de soleils.

L'image ci-dessous a été prise par mes soins le 23 janvier, on voit que la supernova est quasiment aussi lumineuse que le cœur de la galaxie qui l'héberge. 

Les autres étoiles visibles sur l'image sont situées dans notre propre galaxie et sont donc très proches de nous à l'échelle cosmique. La supernova baptisée SN2011B est quant à elle, située à environ 60 millions d'années-lumière de la Terre. Ceci signifie que l'explosion s'est produite il y a 60 millions d'années et la lumière ne nous arrive que maintenant. Pour comparaison, Il y a 60 millions d'année, la Terre traversait l'époque du Paléocène et voyait naitre ses tout premiers primates. Inutile de dire qu'avec l'énergie dégagée, s'il y avait  de la vie dans un rayon de quelques années-lumière autour de la supernova, celle-ci a dû être balayée instantanément. On a donc affaire à un évènement réellement cataclysmique, mais c'est aussi grâce à eux que les éléments lourds sont synthétisés et que ceux-ci se retrouveront un jour déposés sur quelques planètes lointaines afin de faire vivre quelques êtres intelligents ou censés l'être... C'est ce phénomène qui a fait dire à l'astrophysicien Hubert Reeves que nous sommes "poussières d'étoiles".

Une sombre histoire d'énergie noire…

Au début du XXe siècle la science considérait l'Univers comme étant statique,  immuable et relativement homogène. La notion même de galaxie n'existait pas encore et il faudra attendre 1923 et Edwin Hubble pour réaliser que les taches floues observées par les astronomes et alors baptisées nébuleuses sont des "univers-îles" c'est-à-dire des galaxies semblables à la nôtre et constituées de myriades d'étoiles.

L'Univers est donc statique et Einstein est un peu perturbé lorsqu'il constate que sa théorie de la gravitation (la relativité générale) prédit naturellement un univers en expansion. Il trouva cela tellement peu naturel qu'il crut bon d'ajouter une constante dans ses équations afin de rendre (artificiellement) l'univers statique.

Entre 1925 et 1929 Edwin Hubble et Milton Humason (je conseille de lire sa fiche Wikipedia car son histoire est savoureuse…) en observant le décalage vers le rouge des spectres  de certaines étoiles extragalactiques nommées céphéides dont on est capable de déterminer la distance, découvrent que celles-ci semblent s'éloigner de nous et ceci d'autant plus vite qu'elles sont situées à une grande distance. Hubble et Humason établissent la loi dite de Hubble qui relie la distance des objets cosmiques à leur vitesse de récession, sans parait-il en saisir toute la portée.

Entre temps et indépendamment, Alexandre Friedmann et le chanoine Georges Lemaître ont réalisé que les équations de la relativité générale prédisent un Univers en expansion. Les mesures de Hubble et Humason confirment donc cette prédiction remarquable. La controverse scientifique battra son plein pendant des années avant que ne s'impose cette théorie dite du "Big Bang", sobriquet inventé par l'astronome Fred Hoyle qui était convaincu que l'Univers était stationnaire.

L'incrédulité étant passée, tout allait bien avec l'Univers en expansion et la loi de Hubble qui relie la vitesse de récession des objets cosmiques à leur éloignement (plus un objet est loin plus il semble s'éloigner de nous à une grande vitesse). Le principal problème était alors de mesurer précisément la constante de Hubble et de déterminer la géométrie de l'Univers : plat (la gravité et l'expansion se compensent exactement, l'expansion est infinie mais tend à s'arrêter), fermé (la gravité l'emporte et l'Univers se recontracte), ou bien ouvert (l'expansion l'emporte et l'Univers se dilue à l'infini).

Pour tirer au clair cette affaire de géométrie de l'Univers, les astrophysiciens devaient trouver le moyen de mesurer le plus précisément possible la vitesse d'éloignement d'objets lointains situés à une distance connue. Pour cela ils ont recherché des "chandelles standards", c'est-à-dire des astres dont les caractéristiques physiques permettent de déterminer leur luminosité intrinsèque. En comparant la luminosité intrinsèque à la luminosité apparente mesurée depuis la Terre, il est facile de déterminer la distance de l'objet. Pour ce faire, Edwin Hubble avait utilisé des étoiles variables appelées Céphéides (l'étoile Polaire par exemple) dont le très fort éclat varie selon une période qui dépend de sa luminosité intrinsèque. Ces "chandelles" sont fiables, mais on ne peut les discerner que si elles ne sont pas trop éloignées et cela limite l'exploration à la proche banlieue de la Voie  Lactée. Afin de sonder l'Univers plus lointain, les astronomes utilisent des astres ayant une luminosité bien plus grande que les Céphéides, il s'agit de supernovae d'un type bien particulier dit "1A", dont le processus de formation est supposé suffisamment bien compris pour qu'on puisse déterminer la luminosité absolue de la supernova en observant précisément l'évolution du spectre de la lumière qu'elle émet. Le problème est qu'il y a très peu de supernovae qui explosent et seulement une fraction d'entre elles sont du type 1A. De plus, pour qu'elles soient exploitables pour mesurer l'Univers, il faut les détecter très tôt après l'explosion et suivre leur évolution. Il faut donc des télescopes dédiés qui scrutent le ciel en permanence à la recherche d'une étoile qui s'allume dans une lointaine galaxie.

La supernova SN2005cs dans la galaxie M51 située à 31 millions d'années-
lumière, photographiée avec mon matériel d'amateur en 2005. Les autres
étoiles appartiennent à notre propre galaxie et sont donc beaucoup plus
proches.

En résumé la mesure de l'évolution du spectre d'une supernova permet de remonter à sa luminosité intrinsèque donc à sa distance. La mesure du décalage vers le rouge de sa lumière est reliée à la vitesse à laquelle l'espace situé entre l'observateur et la supernova se dilate sous l'effet de l'expansion de l'Univers.

En 1998, deux équipes concurrentes : le Supernova Cosmology Project et le High-Z Supernova Search Team,  collectent depuis quelques années des données sur les supernovae 1A, toutes deux s'attendent à trouver des indications en faveur d'un ralentissement de la vitesse d'expansion de l'Univers. Si tel était le cas, une supernova très lointaine (c'est-à-dire qui s'est allumée il y a très longtemps) devrait s'éloigner proportionnellement plus vite qu'une supernova proche (c'est-à-dire qui s'est allumée récemment).  Curieusement les deux équipes observent exactement l'inverse ! La conclusion est donc que l'expansion de l'Univers est actuellement en train de s'accélérer.

Cette curieuse observation a depuis été confirmée par d'autres équipes et par d'autres méthodes, en particulier les mesures du rayonnement de fond cosmologique, c'est-à-dire de la lumière émise environ 380 000 ans après le Big-Bang, au moment où l'Univers est devenu transparent pour le rayonnement, indique qu'une mystérieuse forme d'énergie dite "noire" ou "sombre" contribue pour plus de 70% à la densité d'énergie de l'Univers. C'est cette énergie noire qui est responsable de l'expansion accélérée de l'Univers. 

Nous n'avons actuellement que des idées très spéculatives sur la nature de l'énergie noire. Pour avancer dans la compréhension et la caractériser, il faut réaliser des mesures plus précises en sondant l'Univers.  En gros, deux types de modèles s'affrontent: soit la densité d'énergie noire est uniforme et constante dans l'Univers, auquel cas cela plaide en faveur d'un terme supplémentaire dans les équations de la relativité générale, il s'agit d'une constante cosmologique telle que celle qu'Einstein avait introduit pour rendre l'Univers statique (ironie !). Soit la densité d'énergie noire  n'est pas constante, et on a affaire à un modèle de "quintessence" (le cinquième élément) nommé ainsi comme un clin d'œil aux quatre éléments des grecs: la terre, l'air, l'eau et le feu, devenus pour les cosmologistes la matière ordinaire, la matière noire froide, le rayonnement et les neutrinos. Le cinquième élément serait une sorte d'Éther emplissant tout l'espace.  Les deux possibilités ne sont pas faciles à distinguer, car il est possible que les variations de la densité d'énergie noire soient très subtiles.

Dans tous les cas, les physiciens sont face à un problème majeur, l'énergie noire est peut-être l'arbre qui cache la forêt et un pan entier de nouvelle physique est peut-être sur le point d'émerger. De la compréhension de ce problème résultera notre connaissance de l'avenir de l'Univers ; celui-ci se recontractera-t-il  pour  renaitre dans un nouveau Big-Bang, ou bien au contraire l'énergie noire deviendra-t-elle à ce point prépondérante que la matière elle-même se disloquera (Big-Rip) ? Il est en effet tout à fait possible que nous vivions actuellement dans une phase très particulière et éphémère de l'Univers. Alors profitons en avant de peut-être disparaitre à jamais !

Une page se tourne

Aujourd'hui est un triste de jour : Pier Oddone, le directeur du Fermi National Accelerator Laboratory plus connu sous le nom de Fermilab, vient d'annoncer qu'il n'avait pas pu obtenir les crédits nécessaires au fonctionnement de l'accélérateur Tevatron et que celui-ci s'arrêterait donc définitivement à la fin de l'année 2011. Cette décision va à l'encontre de l'avis du très sérieux HEPAP (High Energy Physics Advisory Panel) qui avait recommandé de faire fonctionner cet accélérateur jusqu'à la fin 2013. Au-delà des difficultés budgétaires, il est probable que l'excellent fonctionnement du LHC en 2010 et la très probable décision de ne pas procéder à l'arrêt technique initialement prévu en 2012 a dû contribuer à pousser Fermilab à stopper le Tevatron.

Le bâtiment principal de Fermilab et le lac

Le Tevatron accélère en sens inverse un faisceau de protons et un faisceau d'antiprotons et les fait entrer en collision au centre de deux grands détecteurs : CDF et D0. L'énergie de chacun des faisceaux est de pratiquement 1 TeV (Tera électronVolt) soit  l'énergie acquise par un électron soumis à une différence de potentiel de 1 million de milliards de volts. C'est à cette énergie, quelque peu mythique lors de sa construction, que fait référence son nom.

Le Tevatron a été une machine d'avant-garde, entièrement constituée d'éléments supraconducteurs. Il y a en effet près d'un millier d'aimants en alliage niobium-titane capable de fournir le champ magnétique intense nécessaire au guidage des faisceaux. Les débuts furent difficiles et je me souviens de collègues partis en séjour postdoctoral à Fermilab et qui sont revenus en France sans avoir vu le faisceau. Mais une fois la machine au point, les deux collaborations internationales CDF et D0 ont fourni  une moisson de résultats de physique dont la découverte en 1995 du "top", dernier élément de la famille des quarks.

Avec le démarrage du LHC an 2009, la compétition entre le CERN et Fermilab pour la découverte du Higgs était lancée. Aujourd'hui le Higgs n'est pas encore découvert mais le LHC, au CERN, avec son énergie supérieure, s'annonce mieux placé pour le découvrir. C'est peut-être une excellente opportunité pour l'Europe scientifique, mais c'est un déchirement de voir une aussi belle machine s'arrêter. J'ai vécu personnellement l'arrêt de deux grands accélérateurs, le LEP au CERN et PEP II au SLAC, ce ne sont pas des bons souvenirs...

Fermilab doit maintenant rebondir et assurer au mieux son ambitieux programme de recherche sur la physique des neutrinos. D'autres projets sont à l'horizon, notamment avec "Project X" qui vise à réaliser un accélérateur de protons à très haute intensité (et non pas énergie), brique de base vers une nouvelle génération d'expériences sur les neutrinos et de façon ultime vers un collisionneur de muons. Heureusement les coupures budgétaires ne brident pas l'imagination des physiciens et gageons que ceux-ci sauront se montrer suffisamment convaincants pour trouver les moyens de concrétiser leurs plus fantastiques idées.