Parcourez 14 milliards d’années-lumière pour comprendre nos recherches et ce qu’il reste à découvrir, pas à pas dans l’Univers
La structure interne du Soleil et l’origine de son énergie sont aujourd’hui bien comprises, même si certains points sont encore à clarifier. Mais reste encore bien des choses à découvrir sur l’activité du Soleil, laquelle a des répercussions importantes sur la Terre. Et nous ne savons toujours pas ce qui chauffe à un million de degrés la haute atmosphère du Soleil – la couronne – et comment est émis le vent solaire qui se propage dans le Système solaire. Le Soleil est un sujet important de recherche à l’Observatoire de Paris.
Ce qui frappe dans les planètes et leurs satellites, c’est leur extrême diversité. Des progrès considérables ont été faits récemment dans notre compréhension de la formation du Système solaire et de sa diversité, que ce soit par des simulations numériques faisant intervenir la mécanique céleste que par les observations au sol et dans l’espace. Ces études amènent à des questions essentielles sur la présence de l’eau et sur l’apparition de la vie, sur notre Terre comme sur ses voisines et leurs satellites. La quête n’est pas terminée et les défis techniques pour trouver les réponses ne manquent pas.
Ce sont les astres les plus primitifs du Système solaire. Les comètes en particulier sont faites du matériau du nuage initial de gaz et de poussières, matériau n’a subi depuis que peu de modifications : c’est ce qui fait tout leur intérêt. L’exploration spatiale, et en particulier la mission Rosetta, a permis de grands progrès dans leur compréhension, mais a apporté son lot de surprises et de problèmes. Comment se sont formés ces astres ? Après nous avoir apporté une partie de l’eau des océans, ont-ils pu ensemencer la Terre de molécules à partir desquelles a pu naître la vie ?
Le Soleil émet le vent solaire, du gaz très ténu et très chaud. À une quinzaine de milliards de kilomètres de nous (cent fois la distance Terre-Soleil), ce vent solaire rencontre le gaz interstellaire également très ténu mais moins chaud qui nous entoure. La zone de contact entre les deux gaz a été traversée ces dernières années par les deux sondes Voyager lancées en 1977. Les confins du Système solaire sont sujets à de nombreuses questions. L’exploration ou même l’observation de tous les objets qui y séjournent y est extrêmement difficile et beaucoup de découvertes peuvent encore être faites.
Les étoiles se forment par l’effondrement, sous l’effet de leur propre gravité, de nuages de gaz et de poussières. De grands progrès ont récemment été faits dans la compréhension de ce phénomène, grâce à l’observation en infrarouge et en radio qui permet de voir ce qui se passe à l’intérieur de ces nuages, et qui a dévoilé des phénomènes inattendus comme la production de jets accompagnant la formation stellaire. L’intérieur des étoiles est de mieux en mieux connu grâce aux progrès en astérosismologie et par une imagerie de plus en plus précise.
De façon similaire à notre Soleil, la plupart des étoiles de la Voie lactée sont entourées de planètes. Depuis la première détection en 1995, puis avec les télescopes spatiaux tels que le français CoRoT et l’américain Kepler, spécialement conçus pour la chasse aux exoplanètes, leurs découvertes ne cessent d’augmenter. C’étaient 1000 exoplanètes en 2013, 3500 environ aujourd’hui, et les nouvelles missions spatiales d’observation promettent de belles moissons, à l’exemple du satellite GAIA.
Au-delà des découvertes, de nombreuses recherches permettent de mieux définir les systèmes planétaires lointains, leurs exoplanètes extrêmement diverses et même leurs exocomètes. Certaines planètes sont susceptibles d’accueillir la vie, qui reste à découvrir.
La Voie lactée est un disque plat qui tourne sur lui-même, ensemble complexe de gaz, de poussières et d’étoiles où se développe une structure spirale. Nous pensions la comprendre assez bien, mais les observations récentes ont remis en question bien des idées que l’on croyait établies : la Voie lactée n’est pas un système immuable, elle change continuellement de forme, les étoiles migrent d’un endroit à l’autre, et les échanges de matière avec les galaxies voisines sont nombreux. Nous ne sommes qu’au début d’une nouvelle ère d’exploration, où de grands relevés du ciel entier et le satellite GAIA jouent un rôle majeur. Les progrès de la radioastronomie permettent aussi de mieux comprendre la structure et la composition de notre Galaxie.
Les galaxies offrent une variété considérable de taille et de forme, et les quantités relatives de gaz et d’étoiles changent beaucoup d’une galaxie à l’autre. Ceci indique des différences profondes dans leur formation et leur évolution. De plus, les galaxies sont le plus souvent en groupes ou en amas, et les interactions gravitationnelles et les échanges de matière sont très fréquents. Ceci pose de nombreux problèmes non encore résolus. Quand sont apparues les premières galaxies ? Existait-il auparavant des étoiles qui auraient formé les premiers éléments lourds ? Autant de questions qui ne connaissent aujourd’hui que des embryons de réponse.
Prévus par la Relativité générale, les trous noirs sont des astres tellement denses que la lumière ne peut pas en sortir. Ils sont donc invisibles, mais on peut détecter leur masse et aussi, indirectement, lorsque de la matière tombe dedans. Certains trous noirs sont une des composantes d’étoiles doubles ; d’autres, beaucoup plus massifs, se trouvent au centre des galaxies. Celui de la Voie lactée n’a « que » 4 millions de fois la masse du Soleil, mais celui de certaines galaxies atteint un milliard de fois cette masse.
Il n’y a aujourd’hui plus de doute sur le fait que l’Univers est en expansion, et les observations récentes, notamment avec le satellite européen Planck, en ont bien déterminé la géométrie et la masse, tout en confirmant un problème majeur : cette masse est très supérieure à celle des galaxies, ce qui implique l’existence d’une matière noire dont on n’a pas pu encore déterminer la nature en dépit de très nombreuses recherches. Par ailleurs, l’expansion semble s’accélérer ce qui indique l’existence d’une énergie noire répulsive, dont la nature est également l’objet de spéculations. Observations et simulations se croisent pour tenter de cerner notre vision de l’Univers.