Les étoiles influencent notre vie. Non, je n’ai pas décidé de laisser tomber la physique pour me mettre à l’astrologie. Il s’agit de la conclusion du dernier article du Danois Henrik Svensmark. Plus précisément, il a étudié l’influence de la mort d’étoiles massives sur le climat de la Terre et donc potentiellement sur la vie.

Car ce genre d’étoile monstrueuse, au moins huit fois la masse du Soleil, ne se cache pas pour mourir. Quand cela arrive, toute la galaxie est au courant ! Ce qui n’est pas le cas des petites étoiles, comme notre Soleil. Certes, dans leur vieillesse, elles peuvent passer par des phases boulimiques un peu envahissantes. Notre Soleil, dans à peu près 4,5 milliards d’années, grossira jusqu’à presque avaler la Terre. 

Rassurez-vous, bien avant cela, la température aura tellement augmenté que nous serons partis depuis longtemps. Après cet épisode, une fois une bonne partie de sa matière éjectée, le coeur du Soleil formera une naine blanche. Des voyageurs passant près de notre défunt Soleil à ce moment-là verraient à sa place un gros caillou de la taille de la Terre mais encore assez chaud pour émettre de la lumière, tel un tison chauffé à blanc. Cette naine blanche se refroidira alors très lentement jusqu’à s’éteindre complètement.

La fin violente des stars

Les étoiles géantes, elles, sont comme nos plus grandes stars. Leur vie est courte mais spectaculaire et leur mort à couper le souffle. Etant très massives, la gravité en leur coeur est beaucoup plus importante que chez leurs consoeurs plus modestes. Et grosse voiture implique gros moteur et... consommation élevée ! Ces étoiles utilisent leur carburant, l’hydrogène, à toute vitesse. L’hydrogène est fusionné en hélium, puis l’hélium en éléments de plus en plus lourds, jusqu’au fer. 

Et déjà, la mort ! Ces monstres finissent leur vie en une explosion extraordinairement puissante, appelée supernova. L’étoile est alors à ce moment-là plus brillante qu’une galaxie toute entière. On pense qu’il s’en produit à peu près trois par siècle dans notre galaxie. Quand la prochaine aura lieu, vous pourrez la voir même en plein jour. 

A cet instant, d’autres éléments chimiques plus lourds que le fer sont créés, qui sont alors  dispersés dans toute la galaxie par l’explosion. L’or de vos bijoux vient des supernovae qui ont eu lieu dans le coin il y a quelques milliards d’années...  

Des étoiles à la Terre

Mais la supernova ne se contente pas d'offrir de magnifiques photos aux astronomes, elle génère aussi un intense déluge de particules, surtout des protons ou des noyaux d’hélium, qu’on appelle rayons cosmiques. Nous sommes en permanence traversés par ce genre de particules, bien qu’une partie d’entre elles soit repoussée par le champ magnétique du Soleil, puis par celui de la Terre. En cas de supernova, la quantité de rayons cosmiques reçus sur Terre augmente sensiblement.

Dans son dernier article, Svensmark a observé une forte corrélation entre la quantité de rayons cosmiques reçus sur Terre et les variations du climat et de la biodiversité, sur les 500 derniers millions d’années. Pour appuyer son hypothèse, il a d’abord calculé la variation de la quantité de rayons cosmiques sur cette période, en estimant le nombre de supernovae ayant lieu eu à proximité du système solaire. Puis il a comparé ces variations à celles du climat et de la biodiversité.

Une pluie cosmique bénéfique à la vie ?

Voici son scénario : La pluie de particules en provenance de l’étoile mourante interagit avec les molécules de l’atmosphère et favorise la formation de petites poussières sur lesquelles se forment des gouttelettes d’eau, constituant des nuages bas. Ces nuages provoquent alors un refroidissement rapide du climat car une plus grande partie de la lumière du Soleil est renvoyée vers l’espace. Ce court épisode glaciaire entraînerait une baisse du niveau de la mer, engendrant une érosion accrue des terres découvertes. Les traces de ces événements sont encore aujourd’hui observables et ont servi de base au travail de Svensmark.

Mais les conséquences pour les êtres vivants de l’ensemble de la Terre seraient plutôt paradoxales : cette période froide mettraient les espèces dominantes en difficulté, favorisant d’autres espèces, les poussant toutes à évoluer. Les habitats, des pôles à l’équateur, seraient aussi plus variés dans ce cas. La biodiversité augmenterait. A l’inverse, une période chaude entraînerait une baisse de la biodiversité car la planète étant plus facile à vivre, l’évolution ne serait alors pas encouragée. 

Le travail de Svensmark pourrait fournir le premier lien entre la quantité de rayons cosmiques reçus et le climat terrestre. Les supernovae ayant eu lieu à proximité du système solaire expliqueraient alors des épisodes de baisse rapide du niveau de la mer, dont l’origine était restée floue jusqu’à aujourd’hui. Comme le dit l’auteur lui-même, les modélisations sont encore à améliorer et les indices géologiques sont bien sûr plus incertains à mesure que l’on remonte loin dans le passé. Mais c’est une première étape dans notre compréhension des relations entre la Terre et son environnement galactique.

Ainsi les supernovae pourraient ponctuer et modifier l’évolution du vivant. Nous sommes constitués de poussières d’étoiles, mais plus encore, il est probable que l’histoire de la galaxie s’inscrive dans celle de la vie. 

Les images 

- La nébuleuse N49 est constituée du gaz expulsé durant l’explosion d’une supernova, appelé rémanent (Courtesy NASA/JPL-Caltech)

- La nébuleuse du Crabe. (Courtesy NASA/JPL-Caltech)

Pour aller plus loin 

- L'article original (en anglais) : ftp://ftp2.space.dtu.dk/pub/Svensmark/MNRAS_Svensmark2012.pdf

- Autres images de rémanents de supernovae : 

http://www.spitzer.caltech.edu/search/image_set/20?by_subject=nebula.1.4&by_type=astronomical&tabs=hidden

- Une magnifique animation interactive : De l’univers à l’intérieur des atomes http://htwins.net/scale2/

Sur certains problèmes, les physiciens peuvent juste déclarer «Nous savons que nous ne savons rien». Cʼest le cas de la matière et de lʼénergie noires. Additionnez vos voisins à tous les êtres vivants, à la Terre, aux autres planètes, rajoutez toutes les étoiles de lʼunivers et là vous obtenez... seulement 5% de la masse de lʼunivers ! Un peu décevant. En effet les physiciens pensent que tout le reste est composé de matière et dʼénergie dites «noires» ou «sombres». Une autre façon de dire quʼon ne sait strictement rien à leur propos !

Mais nous sommes peut-être à lʼaube dʼun changement profond dans notre vision de lʼunivers, ces derniers mois ont été fertiles : des chercheurs européens ont annoncé avoir observé 67 particules de matière noire et, dʼautre part, une publication américaine a présenté une façon simple et révolutionnaire de détecter cette matière furtive.

Les mauviettes à la rescousse

Les physiciens ont de nombreuses preuves que la matière noire existe, la plupart venant de lʼobservation du mouvement des galaxies. Pourtant, ils nʼont que des hypothèses sur sa nature. Une petite part pourrait être constituée dʼétoiles ratées qui nʼémettraient presque pas de lumière. Mais le candidat chéri des physiciens est le WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), ce qui veut dire en anglais «mauviette». La raison de ce nom peu flatteur vient du fait que cette particule nʼinteragit presque pas avec la matière habituelle (celle que lʼon peut voir). Dʼoù la très grande difficulté de les observer, car nos détecteurs sont bien sûr constitués de matière ordinaire. Cʼest un peu comme si vous vous serviez dʼune passoire plongée dans une rivière pour remplir un bol, vous allez y arriver, mais très lentement !

Des physiciens motivés ont alors construit un détecteur, appelé CRESST-II, à 1400 m sous la chaîne de montagnes des Appenins en Italie. Cette immense quantité de roche joue le rôle de filtre en arrêtant les particules plus légères quʼon ne souhaite pas détecter. Il aura fallu deux ans pour mesurer seulement 67 «traces» de ces supposées WIMPS. Cʼest une étape importante dans lʼétude de la matière noire mais du travail reste à faire avant la véritable annonce dʼune découverte. Car les résultats dʼautres chercheurs à travers le monde ne sont pas univoques : certains sont en accord avec le groupe du CRESST, mais dʼautres ont trouvé des WIMPS aux caractéristques différentes, ou bien pas de WIMPS du tout...

Une rencontre cosmique

Mais si on voyait plus grand ? Quittons nos montagnes pour lʼespace. Des milliards de milliards dʼétoiles. Parmi elles, tapis dans lʼombre, pourraient se cacher des trous noirs primordiaux. Pas le genre monstre géant et affamé comme celui qui réside au milieu de notre galaxie, mais plutôt le genre nabot essouflé. Ces trous noirs se seraient formés peu après la naissance de lʼunivers et seraient tout petits mais suffisamment massifs pour être de bons candidats à la matière noire. Ilsinteragissent aussi très peu avec leur environnement et sont donc difficiles à voir sauf... sʼils traversent une étoile !

Cʼest lʼidée quʼont eu des chercheurs américains. Car lʼeffet de cette petite boule de matière ultra concentrée passant à travers une étoile ou même simplement à proximité serait observable car lʼétoile serait alors légèrement déformée. Lʼun des chercheurs résume ainsi : «Si vous tapotez du doigt un ballon rempli dʼeau, les ondulations de lʼeau à lʼintérieur sont similaires à ce qui se passerait à la surface de lʼétoile.» Vous pouvez voir sur ces vidéos les simulations par ordinateur réalisées par lʼéquipe :

http://www.princeton.edu/~hanasoge/vr.2.MT.mpg

http://www.princeton.edu/%7Ehanasoge/vr.2.SS.mpg

Une part du génie de cette idée vient aussi de son coût : presque nul ! En effet, de nombreux satellites sont déjà en train dʼobserver un grand nombre dʼétoiles, il nʼy a quʼà analyser leur observations pour chercher des traces de ces petits monstres. Et alors, peut-être, saura-t-on qui, des nabots ou des mauviettes, sont les sources de la matière noire. Ou si ce ne sont ni l'un ni l'autre, ou les deux..

Pour aller plus loin :

• Le lien vers le site de lʼuniversité de Princeton (pour les trous noirs primordiaux) :

 http:// www.princeton.edu/main/news/archive/S31/64/44M13/index.xml?section=topstories

• Un article plus détaillé sur la détection des WIMPS : 

http://www.sciencenews.org/view/ generic/id/334275/title/Hints_of_dark_matter_reported%2C_again

• Pour toutes vos questions sur lʼastronomie, lʼexcellent site (sans mathématiques !) : 

www.astronomes.com