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10 façons dont un projet révèle l'âme de l'univers
Le plus grand ensemble de radiotélescopes au monde, le plus grand ensemble de radiotélescopes du monde, est établi sur le plateau de Chajnantor, dans le nord du Chili. À une altitude de 5 000 mètres, elle est plus haute que les couches les plus épaisses de l'atmosphère terrestre.
Ces télescopes nous permettent de déchiffrer des longueurs d’onde plus longues que la lumière optique et de révéler une lumière (ou des couleurs) que nous ne pouvons pas voir de nos propres yeux. Mais ALMA, qui signifie «âme», est aussi une machine à remonter le temps. Il examine le passé pour vérifier les théories scientifiques sur la formation de l'univers il y a plus de 13 milliards d'années. Cela nous propulse également dans l'avenir lorsque nous recherchons de nouveaux mondes et la vie extraterrestre qui les habite.
Crédit photo présenté: C. Ponton / ESO10la molécule de la vie
Dans le nuage gazeux géant Sagittaire B2 situé près du centre de notre galaxie, ALMA a détecté pour la première fois dans l’espace interstellaire une molécule riche en hydrogène et carbonée, similaire à celle dont nous avons besoin pour vivre sur Terre. Cette découverte signifie que des molécules interstellaires comme celles-ci pourraient être venues sur Terre dans un passé lointain pour relancer la vie ici. Cela suggère également que la vie extraterrestre à base de carbone peut exister ailleurs dans l'univers.
Les nuages moléculaires comme le Sagittaire B2 sont connus comme des «pépinières d'étoiles» car leurs zones compactes de gaz et de poussière sont bien adaptées à la création d'étoiles. Jusqu'à présent, toutes les molécules organiques découvertes dans l'espace interstellaire étaient constituées d'une chaîne droite d'atomes de carbone. Mais dans le Sagittaire B2, ALMA a découvert une nouvelle molécule, le cyanure d’isopropyle, avec une structure carbonée ramifiée semblable à celle trouvée dans les acides aminés. Les acides aminés sont les éléments constitutifs des protéines, composants essentiels de la vie sur Terre.
Cette découverte suggère que les molécules nécessaires à la vie, telles que nous les connaissons, sont créées lorsque des étoiles se forment, bien avant que des planètes telles que la Terre n'existent. Le cyanure d’iso-propyle était abondant dans le Sagittaire B2; des molécules ramifiées peuvent donc être courantes dans l’espace interstellaire. Les astronomes espèrent y trouver également des acides aminés.
9Les galaxies fusionnantes
Les fusions violentes entre les galaxies sont assez courantes. Mais leurs étoiles et leurs systèmes solaires ne se rencontrent pas réellement. Au lieu de cela, ces galaxies se croisent comme des fantômes parce que leurs étoiles sont trop éloignées pour être touchées.
Une fusion déclenche une formation frénétique de nouvelles étoiles, accompagnée d'un chaos gravitationnel. On a longtemps pensé que cela détruisait les structures de la galaxie d'origine, les remplaçant par une galaxie elliptique massive en forme de ballon de football américain. Cela était supposé se produire même si les deux galaxies originales étaient des galaxies à disques, comme notre Voie Lactée, comportant des zones circulaires aérées de gaz et de poussière.
C’est la sagesse qui prévaut depuis que des simulations informatiques ont été effectuées dans les années 1970. Des simulations plus récentes contredisent ces résultats, suggérant que certaines fusions de galaxies pourraient former des galaxies à disque. Mais les scientifiques n'avaient aucune preuve de toute façon.
Aujourd'hui, cependant, ALMA et d'autres radiotélescopes ont fourni au pistolet fumant 24 galaxies observées qui ont été fusionnées pour former des galaxies à disque. Cela représente 65% des 37 galaxies étudiées par un groupe de recherche international dirigé par Junko Ueda de la Société japonaise pour la promotion de la science.
Comme le disait Ueda: «Nous savons que la majorité des galaxies de l’univers le plus lointain ont aussi des disques. Cependant, nous ne savons pas encore si les fusions de galaxies sont également responsables de celles-ci ou si elles sont formées par un gaz froid tombant progressivement dans la galaxie. Peut-être avons-nous trouvé un mécanisme général qui s’applique à travers l’histoire de l’univers. ”
8Les orbites excentriques et inclinées des exoplanètes
Certaines exoplanètes, qui sont des planètes extérieures à notre système solaire, gravitent autour de leurs étoiles sous une forme très allongée ou ovale (une orbite «excentrique») ou à un angle très incliné par rapport à l'équateur de leur étoile (orbite «inclinée»). Pour savoir pourquoi cela se produit dans les systèmes binaires, dans lesquels deux étoiles gravitent autour l'une de l'autre, les scientifiques ont utilisé ALMA pour examiner HK Tauri, un jeune système binaire de la constellation du Taureau.
Pour comprendre ce que fait ALMA, il est utile de savoir comment les étoiles et les planètes sont fabriquées. Lorsqu'un nuage de gaz interstellaire s'effondre sous l'effet de sa propre gravité, il tourbillonne de plus en plus vite jusqu'à ce qu'il s'aplatisse en un disque. Au centre de ce disque, une protostar se forme comme un embryon dans un utérus. Lorsque la température centrale du protostar devient suffisamment élevée pour déclencher des réactions nucléaires, une nouvelle étoile est née. Environ 90% du temps, le gaz et la poussière laissés par la naissance de l'étoile tournent autour de la nouvelle étoile dans un disque protoplanétaire. Le matériel de ce disque peut éventuellement se transformer en planètes, lunes et autres objets.
Dans un système binaire, si les deux étoiles et leurs disques protoplanétaires ne gravitent pas sur le même plan (ce qui signifie qu'ils sont «mal alignés»), de nouvelles planètes peuvent se former avec des orbites fortement excentriques ou inclinées. Une théorie, le mécanisme de Kozai, dit que l’attraction gravitationnelle d’une deuxième étoile donne aux planètes de la première étoile ces orbites étranges.
ALMA a confirmé cette théorie avec HK Tauri. L’étoile du gradateur, HK Tauri B, est dotée d’un disque protoplanétaire qui bloque l’éblouissement de la lumière de l’étoile, ce qui permet de voir facilement le disque à la lumière visible. Mais le disque protoplanétaire de HK Tauri A est incliné, de sorte que la lumière aveuglante de son étoile rend ce disque impossible à voir à la lumière visible. ALMA a facilement détecté les deux disques dans une lumière de longueur d'onde millimétrique, révélant qu'ils étaient mal alignés les uns par rapport aux autres d'au moins 60 degrés. Au moins un disque n'est pas sur le même plan que les orbites des deux étoiles.
Bien que cela n'explique pas toutes les étranges orbites d'exoplanètes de l'univers, cela montre que les conditions permettant d'incliner l'orbite d'une exoplanète peuvent être présentes lorsque cette planète se forme dans un système binaire.
7Les lignes de vie formant la planète
Dans un système à plusieurs étoiles appelé GG Tau-A dans la constellation du Taureau, ALMA a détecté des gaz et des poussières s'écoulant dans un flux. Le flux coule d'un immense disque externe entourant tout le système stellaire vers un disque interne plus petit entourant uniquement l'étoile centrale principale. Cela ressemble à une roue dans une roue.
Les scientifiques étaient au courant de l'existence de ce disque interne avant ALMA, mais ils ne pouvaient expliquer comment il avait survécu. Son matériau était épuisé par son étoile centrale si rapidement que le disque aurait dû disparaître il y a longtemps. Ensuite, ALMA a détecté ce phénomène inédit: des gaz s’agglutinant dans la zone située entre les deux disques, jouant le rôle de ligne de vie en transférant des matériaux du disque externe pour alimenter le disque interne. Le disque interne peut donc survivre beaucoup plus longtemps, ce qui lui donne une plus grande chance de développer des planètes en orbite autour de l'étoile centrale.
Si d'autres systèmes stellaires multiples disposent de ces structures vitales pour alimenter des disques protoplanétaires, nous aurons plus d'endroits pour chasser les exoplanètes et la vie extraterrestre dans le futur.
6La nébuleuse Boomerang
À 5 000 années-lumière de la Terre, la nébuleuse Boomerang de la constellation du Centaure remporte le prix du plus froid des objets connus de l'univers. Sa température n’est que de 1 Kelvin, ce qui correspond à -272 degrés Celsius (-458 ° F). C'est encore plus froid que le fond cosmique à micro-ondes qui, à 2,8 Kelvin, correspond à la température de fond naturelle de l'espace.
Les scientifiques ont examiné les propriétés glaciales de la nébuleuse de Boomerang à l'aide d'ALMA. Ce faisant, ils ont également découvert la forme réelle de la nébuleuse. Auparavant, les télescopes optiques décrivaient la nébuleuse à la lumière visible comme un noeud papillon avec deux boomerangs qui se chevauchent. Mais ALMA pouvait visualiser des longueurs d’onde de lumière auparavant masquées par une épaisse bande de poussière entourant l’étoile à l’intérieur de la nébuleuse. Il s'est avéré que la nébuleuse a une forme beaucoup plus large, qui se développe rapidement.
Les astronomes ont également découvert pourquoi la nébuleuse Boomerang est si froide. Son étoile centrale est en train de mourir. Cela crée un flux rapide de gaz en provenance de l'étoile qui dilate et refroidit simultanément la nébuleuse, comme un gaz en expansion refroidit un réfrigérateur. Lorsque la dilatation des gaz ralentit, la coque externe de la nébuleuse se réchauffe. «Cela est important pour comprendre comment les étoiles meurent et deviennent des nébuleuses planétaires», déclare Raghvendra Sahai du Jet Propulsion Laboratory de la NASA. «En utilisant ALMA, nous avons été capables de jeter un nouvel éclairage sur les affres de la mort d’une étoile semblable à celle du Soleil».
5le blob de l'espace
Cette découverte d'ALMA est passionnante à cause de ce que les télescopes n'a pas voir. Mais commençons par ce que nos télescopes ont vu.
En 2009, les astronomes ont découvert une bulle de gaz brûlante couvrant plus de 55 000 années-lumière. Ils l'ont appelé «Himiko», d'après une reine légendaire du Japon. À près de 13 milliards d'années-lumière de la Terre et compte tenu du temps nécessaire à la lumière pour parcourir cette distance, les scientifiques ont vu Himiko à une époque où l'univers ne représentait que 6% de sa taille actuelle. Il semblait beaucoup trop grand et puissant pour son époque.
En utilisant le télescope spatial Hubble et ALMA, les astronomes ont pu résoudre une partie du puzzle. Hubble a révélé que Himiko est composé de trois amas stellaires, chacun ayant la taille habituelle d'une galaxie lumineuse de cette époque. Ces trois amas forment des étoiles au rythme incroyable d'environ 100 masses solaires chaque année. Comme l'explique Richard Ellis du California Institute of Technology, «Ce système triple extrêmement rare, observé lorsque l'Univers n'avait que 800 millions d'années, fournit des informations importantes sur les tout premiers stades de la formation des galaxies au cours d'une période appelée« Aube cosmique ». L’univers a été baigné dans la lumière des étoiles. Encore plus intéressant, ces galaxies semblent sur le point de fusionner pour former une seule et même galaxie massive, qui pourrait éventuellement évoluer pour ressembler à la Voie lactée. ”
Mais voici ce qui a laissé les astronomes se gratter la tête. Une zone avec une telle formation d'étoiles active devrait créer des nuages de poussière d'éléments lourds tels que le carbone, l'oxygène et le silicium. Lorsqu'ils sont chauffés à la lumière des étoiles, ces éléments produisent des longueurs d'onde radio pouvant être captées par ALMA. Mais ALMA n'a détecté aucune onde radio significative. Il n'a pas non plus détecté de carbone gazeux, qui est également associé à la formation d'étoiles furieuses.
Au lieu de cela, les astronomes croient que le gaz interstellaire d'Himiko est composé d'hydrogène et d'hélium. Cela signifie probablement que nous voyons une galaxie primordiale se former peu de temps après le big bang.
4La fabrique de poussière Supernova
Sans poussière, aucun de nous n'existerait. La poussière est essentielle à la formation des étoiles et des planètes. Nous savons que l'univers en est rempli, mais les scientifiques ne savaient pas comment la poussière s'était formée dans l'univers primitif.
Aujourd'hui, la majeure partie de la poussière dans l'univers provient d'étoiles de toutes tailles au moment de leur mort. Mais dans l'univers primitif, seules les étoiles massives étaient devenues supernova. Cela représentait un peu de poussière mais apparemment pas assez pour les grandes quantités observées dans les jeunes galaxies lointaines. Ensuite, les astronomes ont examiné les restes de Supernova 1987A avec ALMA et ont trouvé la réponse à la poussière manquante.
Comme son nom l'indique, le SN 1987A a explosé en 1987 à environ 168 000 années-lumière de la Terre. Les scientifiques s'attendaient à voir de grandes quantités de poussière sous forme d'atomes de carbone, d'oxygène et de silicium liés à des molécules au centre du gaz de refroidissement de l'explosion. Avec les télescopes de l'époque, ils ne voyaient qu'une petite quantité de poussière chaude. Mais quand ils ont utilisé ALMA, ils ont détecté un nuage de poussière d’une masse égale à 25% de notre soleil.Grâce à la capacité d'ALMA à révéler les longueurs d'onde millimétriques et submillimétriques dans lesquelles la poussière froide (beaucoup plus abondante) luit de manière éclatante, le mystère a été résolu.
«Les galaxies vraiment anciennes sont incroyablement poussiéreuses et cette poussière joue un rôle majeur dans l'évolution des galaxies», explique Mikako Matsuuro de l'University College London. «Aujourd'hui, nous savons que la poussière peut être créée de plusieurs manières, mais dans l'univers primitif, la majorité de celle-ci devait provenir de supernovae. Nous avons enfin des preuves directes pour soutenir cette théorie. "
3L'étoile de la mort d'Orion
Des tueurs de planètes se cachent dans la crèche étoilée surpeuplée de la nébuleuse d'Orion.
Comme nous l'avons expliqué précédemment, les grands nuages moléculaires de gaz et de poussières comme la nébuleuse constituent un excellent environnement pour la création d'étoiles et éventuellement de planètes. Mais il y a aussi des étoiles plus anciennes de type O dans la nébuleuse d'Orion qui sont beaucoup plus massives que notre soleil et dont la température de surface est égale ou supérieure à 50 000 Kelvin. Ces étoiles O exercent le pouvoir de la vie et de la mort sur le développement des systèmes planétaires de leur région. Lorsque ces étoiles-étoiles massives et éphémères deviennent supernova, les scientifiques pensent que les explosions qui en résultent créent des nuages de gaz et de poussière qui formeront le prochain cycle d'étoiles et de planètes. Mais tant que ces étoiles-O vivent, elles peuvent détruire les disques protoplanétaires si ces systèmes solaires embryonnaires deviennent trop proches.
Grâce à la capacité d'ALMA de voir des objets cachés par la poussière, les astronomes sont en mesure de visualiser deux fois plus de disques protoplanétaires connus dans la nébuleuse d'Orion. Les données montrent que si les étoiles jeunes atteignent le dixième d'une année-lumière d'une étoile O, le rayonnement ultraviolet intense enlèvera le disque protoplanétaire de la jeune étoile avant que des planètes ne puissent se former. Ce rayonnement électromagnétique extrême pousse souvent les jeunes étoiles touchées en forme de larmes.
2Le télescope Horizon de l'événement
À la mi-2014, les scientifiques ont installé une horloge atomique extrêmement précise sur le site Array Operations d'ALMA afin de synchroniser ALMA avec un réseau mondial de radiotélescopes. Cela faisait partie d'un processus visant à former un instrument de la taille de la Terre appelé télescope à horizon d'événement (EHT). «En réunissant les antennes paraboliques les plus avancées dans le monde entier, le télescope Horizon d’événement crée un instrument fondamentalement nouveau avec la plus grande puissance de grossissement jamais réalisée», a déclaré Shep Doeleman de l’observatoire MIT Haystack. «Ancré par ALMA, l’EHT ouvrira une nouvelle fenêtre sur la recherche sur les trous noirs et mettra en lumière l’un des seuls lieux de l’univers dans lequel les théories d’Einstein pourraient s’effondrer: à l’horizon des événements.»
L'horizon des événements est une limite théorique entourant un trou noir qui représente le point de non-retour, où rien, pas même la lumière, ne peut échapper à l'attraction gravitationnelle du trou. Les scientifiques veulent utiliser l'EHT pour voir si un horizon d'événements existe réellement au niveau du trou noir supermassif situé au centre de notre galaxie de la Voie lactée. On pense que ce trou noir, Sagittarius A *, contient la masse d'environ quatre millions de soleils dans une zone incroyablement petite.
Pour tester plus avant la théorie de la relativité générale d'Einstein, l'EHT recherchera également le Sagittaire A * pour rechercher une ombre, qui est une zone obscure où le trou noir a avalé la lumière. Avec la forme et la taille de son ombre déterminées par le spin et la masse de Sagittarius A *, les données de l'EHT pourraient révéler la déformation de l'espace et du temps dans cet environnement.
Les astronomes veulent également observer la collision de Sagittarius A * avec G2, un énorme nuage de gaz et de poussière, pour voir comment cela affecte le trou noir et notre galaxie. Cette collision durera plus d'un an.
1La naissance d'un système solaire
Début novembre 2014, ALMA nous a présenté pour la première fois une vue détaillée des planètes formant un disque protoplanétaire autour d'une jeune étoile semblable à celle du Soleil. L'étoile était HL Tau, dans la constellation du Taureau à environ 450 années-lumière de la Terre. Cette image étonnamment claire montre la naissance d'un nouveau système solaire et ouvre également une fenêtre sur notre passé en révélant comment notre propre système solaire s'est formé il y a plus de quatre milliards d'années.
En lumière visible, HL Tau est caché derrière un nuage géant de gaz et de poussière. Mais, encore une fois, ALMA a pu balayer des ondes beaucoup plus longues pour voir à travers la poussière jusqu'au cœur du nuage, où se déroulait l'activité de création de la planète. La nouvelle image d'ALMA a confirmé pas mal de théorie scientifique sur la formation des planètes.
ALMA a également donné aux astronomes au moins une grosse surprise. HL Tau était supposé être trop jeune pour être entouré de grands corps planétaires. Mais ALMA montre clairement des anneaux concentriques traversant le disque protoplanétaire de HL Tau. Lorsque les planètes grossissent, elles créent ces anneaux concentriques, séparés par des espaces où les planètes gravitent autour de leur jeune étoile et poussent les débris hors du disque.
Au moins huit planètes semblent se former, une pour chaque anneau concentrique. Catherine Vlahakis, scientifique à l'ALMA, a bien résumé le point de vue dominant: "Cette seule image révolutionnera les théories de la formation de la planète."