Sommes-nous seuls: les exoplanètes

Comme dernier thème abordons les exoplanètes, c’est à dire les planètes extra solaire faisant parties de d’autres systèmes solaires que le nôtre.

C'est en 1995 que la première planète extérieure à notre système solaire a été découverte. C’est qu’elles ne sont pas facile à détecter, il fallait attendre que la technologie y soit. Bon ça y est maintenant , depuis ce temps plus de 230 exoplanètes ont été repérées. Si l’on fait un calcul statistique en rapport à ces planètes, les exoplanètes se compteraient par dizaine de milliards dans notre seule galaxie. Alors la question est : est-t-il possible qu’une de ces planètes puissent abriter la vie ?

C’est qu’il faut plusieurs conditions bien précise pour que la vie éclose et puisse évoluer, une première de ces conditions est que la planète soit située dans la zone dite habitable du soleil, or sur les 230 exoplanètes découvertes jusqu’à présent, 2 seraient situées dans cette zone. Alors faite le calcul seulement à partir des planètes potentielles de notre propre galaxie. Certes plusieurs autres conditions doivent être rencontrées…mais le nombre d’occurrence est tellement élevé que la probabilité nous porterait à répondre par «Oui il est possible». En fait c’est comme le 6/49 les probabilités de gagner sont très faibles, mais au nombre élevé de participant pratiquement à chaque semaine il y a un ….gagnant.

Les trous noirs

Que se passe-t-il lorsque l’effet de gravité du à la masse de l’étoile est tel que le cœur d’une supernova ne peut résister à cette pression d’effondrement de ses couches. Hé bien cela donne naissance à un trou noir. Un centre de masse d’une telle ampleur que la déformation de l’espace-temps est si importante qu’elle empêche la lumière de s’y en échapper. Cette concentration de masse est telle que les observations ont pu établir que la masse colosse confinée peut être équivalente à 4 millions de fois notre soleil, confiné dans un volume dont le diamètre serait de 10 minutes –lumières soit 180 millions de kilomètres, moins que l’orbite de Vénus. Si l’on confinait notre soleil à cette densité son diamètre serait seulement de 2 kilomètres. Du coup la matière peut s’en approcher très près par contre la force gravitationnel devient très vite énorme. Ainsi à l’approche d’un trou noir la force gravitationnelle est tel que la matière est accélérée à un point tel qu’elle approche la vitesse de la lumière. C’est d’ailleurs par cette décomposition de la matière que l’on peut détecter les trous noirs, car avant de s’engloutir dans ce gouffre la matière éjecte d’immense jet à très haute énergie.
Ainsi les trous noirs avalent tous ce qui passent à leur portée et de plus seraient au cœur de chaque galaxie et façonneraient et même réguleraient leurs évolutions. De quoi leur conférer un rôle majeur dans l’univers.

L'espace-Temps

Avant d’entreprendre le billet sur les « Trous noirs » , je crois qu’il serait intéressant de discuter quelque peu sur « L’espace-temps », sans pour autant vraiment vouloir entrer dans les détails car c’est un sujet très complexe.

L’espace de la gravité de Newton était vu comme un bloc indéformable, où le temps et l’espace était absolu, lié par un éther qui remplissait le vide de l’univers. C’était également cet éther qui servait de support à la lumière ondulatoire, tout comme l’air sert de support aux ondes sonores. Cette théorie tient bien sur terre dans la majorité des cas, mais à l’échelle de l’univers elle ne tient pas le coup.

Depuis la théorie de la relativité générale d’Einstein, l’espace et le temps sont désormais lié dans une structure élastique. Le bloc indéformable de Newton est devenu un bloc de gelé déformable par un centre de masse. La lumière et la matière lorsqu’elles se déplacent suivent ce plan déformé ici et là par les centres de masse. On doit imaginer un plan de l’espace-temps comme une mince feuille de plastique tendue à l’infini , sur lequel en un point on y place une grosse boule de quille (centre de masse), par la suite on lance une bille de billard sur cette feuille. Tant et aussi longtemps que cette bille sera loin de la boule de quille, elle se déplacera en ligne droite, mais aussitôt qu’elle s’approchera de la boule de quille, elle sera attirée par elle par la déformation que la boule provoque sur le plan. Ainsi selon le modèle de la relativité générale d’Einstein, la gravité n’est pas une force au terme physique mais une conséquence de la déformation de l’espace-temps par un centre de masse.

Je sais fort bien que certains diront que c’est une explication simpliste de l’espace-temps et que cela va au-delà de cela. Mais pour la suite je crois que ce sera suffisant. Seulement se rappeler que l’espace-temps est déformable par un centre de masse, et que la lumière et la matière lorsqu’elles se déplacent , suivent ce plan déformé. D'ailleurs la loi de Newton ne peut expliquer que le photon soit dévié par un centre de masse car sa masse est nulle. Einstein ayant résolu ce cas avec sa théorie de la relativité générale. Aucune observation depuis l'énoncé de cette théorie n'a ébranlé ce modèle de l'univers .... chapeau Einstien.

Synthèse des éléments lors de la supernova

Il sera question dans cette rubrique des causes qui provoquent l’explosion d’une étoile en Supernova. Pour bien saisir les principes mentionnés au long de cette rubrique, il est essentiel de définir en partant certains termes.

Matière vs Énergie : E = MC2

Cette célèbre équation d’Einstein indique que l’énergie d’une particule au repos est égale à sa masse (M) fois la vitesse de la lumière (C) élevée au carré. Elle indique surtout que la matière est conçue à partir d’une quantité phénoménale d’énergie qu’il est possible d’extraire. Pour donner une idée de l’ampleur, la bombe atomique larguée sur Hiroshima en 1945 n’a eu besoin de convertir environ que .7 milligramme de matière pour donner ce résultat.

Fusion nucléaire

Elle consiste à assembler 2 noyaux en un seul plus lourd. La fusion de noyau tel que l’hydrogène en hélium dégage une grande quantité d’énergie issue de la conversion de matière en énergie, on parle alors d’une réaction exothermique contrairement à réaction endothermique qui prend de l’énergie au milieu.

Fission nucléaire

Phénomène par lequel le noyau est scindé en noyaux plus légers. Cette réaction dégage également une quantité importante d’énergie . La bombe d’Hiroshima était une bombe à fission nucléaire.

Prêt à y aller ?

Pour qu’il y est supernova, la masse de l’étoile doit être suffisante pour synthétiser le fer. Il y a différent type de supernova : thermonucléaire et par effondrement de cœur, c’est de ce dernier type dont il est question dans ce qui suit.
Comme on sait au début un nuage constitué principalement d’hydrogène va commencer à se contracter, et sa température augmentera proportionnellement en fonction du taux de contraction, à un point tel qu’à 10 millions de °Kelvin la température sera suffisante pour amorcer la fusion de l’hydrogène en hélium. L’énergie libérée par cette réaction exothermique va contrebalancer l’effet de gravité, maintenant l’étoile dans un équilibre hydraustatique. L’étoile va d’ailleurs passer la majeure partie de sa vie dans cette phase.
Lorsqu’elle aura consommé la majeure partie de son hydrogène, l’énergie produite ne sera plus suffisante pour entretenir l’équilibre. Du même coup le cœur va se contracter de nouveau sous l’effet de la gravité pour atteindre une température de 100 millions de °Kelvin. À cette température pourra débuter la fusion de l’hélium pour donner du carbone et de l’oxygène, à la fin de ce cycle le cœur va de nouveau se contracter pour atteindre le milliard de °Kelvin et commencer la fusion du carbone en d’autres éléments. Ce cycle de contraction va se continuer jusqu’à la synthèse du fer par fusion du silicium. Par contre la fusion du fer est une réaction endothermique , ce qui signifie qu’il n’y a pu d’apport d’énergie pour garder l’équilibre hydraustatique. À ce stade nous en sommes aux dernières heures de l’étoile agonisante. Dans un court laps de temps la gravité va pouvoir l’emporter, alors l’étoile s’effondre sur ce cœur de fer pour imploser. La densité du cœur augmentera à un point tel qu’à un moment donné il sera en mesure de résister à l’énorme pression des couches externes. Celles-ci en tombant vers le centre vont alors rebondir provoquant une onde de choc d’un tel ampleur qu’elle va littéralement souffler les couches externes de l’étoile pour former le rémanent de la supernova. L’énergie dégagée par l’onde de choc lors de l’effondrement est telle, qu’elle permet à ce moment bien précis la synthèse par fusion et fission des éléments plus lourds que le fer (Or, Plomb, Uranium, etc).

Ainsi sommes-nous nés.. !

Notre mère: La Supernova

Saviez-vous que nous sommes issus de poussières d’étoiles ? Comme il a été mentionné dans la rubrique : Notre Soleil de ce blog, la façon dont une étoile terminera sa vie dépend de sa masse. Notre soleil de masse moyenne terminera sa vie de façon assez sobre sans trop grand fracas mise à part un petit renflement avant de terminer en naine blanche. Par contre il en est tout autrement des étoiles de masse très imposante qui pour leurs parts finiront par une explosion grandiose appelée « Supernova ». Cette explosion est telle qu’elle rayonne sur le coup plus d’énergie qu’une galaxie au complet en émet. Ainsi lorsque la supernova se produit dans notre galaxie ou même dans une galaxie proche, le rayonnement émis sur le coup est tel qu’il peut être visible à l’œil nu, voir même dans certain cas en plein jour. Pour cette raison la supernova apparaît comme une nouvelle étoile, d’où son nom latin « Nova » signifiant « Nouvelle ».

La supernova la plus célèbre des temps modernes fut observée en 1987 dans le Grand Nuage de Magellan, qui est une galaxie naine en orbite autour de notre galaxie. C’était la première supernova proche à être observée à l’aide de télescopes modernes. J’ai trouvé une petite vidéo qui montre les séquences de cette extraordinaire explosion.

Video de la supernova de 1987

La photo de gauche montre dans la moitié de droite l’étoile avant l’explosion de la supernova de 1987 , alors que la moitié de gauche montre cette même portion du nuage de Magellan pendant la supernova. Pour sa part, la photo à droite fait voir en bas à gauche une supernova qui s’est produit en 1994 dans la galaxie NCG4526, elle est aussi brillante que le coeur de la galaxie.

Les supernovae jouent un rôle primordiale dans l’univers, car lors de l’explosion elle libère un nuage de poussières contenant les éléments chimiques que l’étoile a synthétisée au cours de sa vie et principalement lors de son agonie juste avant sa mort fracassante à l’échelle stellaire. Ces poussières et ces gaz seront par la suite dispersés dans le milieu interstellaire. Ainsi de ces poussières sont nées la Terre et la …Vie !

Voir le lien suivant qui montre une photo prise par Hubble et fournie par la Nasa de la nébuleuse planétaire NGC2371. En son centre, on y voit encore l’étoile agonisante responsable de ce nuage.

Un oeil sur l'univers: Hubble

Le télescope spacial Hubble a été nommé en l'honneur de Edwin Hubble (Voir rubrique Le commencement: partie I), il fut lancé en orbitre par une navette spaciale le 24 Avril 1990. Ce télescope a l'immense avantage de pouvoir travailler en dehors de l'atmosphère pour ainsi donner des images impressionnates de l'univers. Voici donc quelques photos de galaxies prises par Hubble.

Notre belle voisine: Andromède

Andromède est notre galaxie voisine distante de seulement 2.2 Millions AL de notre Galaxie. D’ailleurs c’est une des rares galaxies pouvant être visibles à l’œil nu. Elle est une galaxie spirale géante assez semblable à la nôtre en terme de caractéristiques, composée d’un anneau d’étoiles et de poussières d’un diamètre de 65,000 AL.
Hé bien le hic, est que notre voisine nous fonce dessus à une vitesse de 430,000Km/h, si bien que le premier contact est prévue d’ici 2 milliards d’années avant même la mort de notre soleil. Cette collision devrait se terminer par une fusion gravitationnelle spectaculaire des 2 galaxies. Cette nouvelle galaxie est déjà appelée « Milkomedia » par ceux qui ont fait la simulation de cette collision.