cepheides

     Depuis qu'ils ont une conscience, la question fondamentale que se posent les hommes est toujours la même : d'où venons-nous ? On peut la formuler autrement : comment s'est créé l'univers dans lequel nous vivons ? Oui, comment ? Au delà des conceptions religieuses qui durant des siècles, selon les pays et les hommes, ont prévalu, c'est à l'astronomie moderne que l'on doit un début d'explication et ce n'est pas si vieux...

 
     En fait, tout part d'Einstein et de sa théorie de la relativité générale (voir sujet théorie de la relativité générale), théorie qui permet de donner une description à grande échelle de l'Univers et sert accessoirement de point de départ à la cosmologie moderne (voir glossaire). Arguant de sa toute nouvelle théorie, Einstein fut en effet le premier à tenter une explication de l'espace en introduisant une hypothèse aujourd'hui bien acceptée : l'Univers est homogène, c'est à dire que son observation ne dépend pas de la position de son observateur ou, en d'autres termes, que l'Homme n'y occupe aucune situation particulière. Quel que soit l'endroit où l'on se trouve, on n'est jamais au centre de l'Univers, tout simplement parce qu'il n'y a pas de centre : l'Univers est partout homogène, à savoir toujours égal à lui-même où que l'on soit. C'est ce que l'on appelle aujourd'hui le principe cosmologique.

     C'était pourtant une hypothèse hardie pour son époque (1917) si l'on se rappelle qu'aucun objet n'avait été décrit en dehors de la Voie lactée. En revanche, Einstein voyait cet Univers comme statique ce qui, par la suite, s'est révélé faux. D'ailleurs, dès cette époque, d'autres scientifiques comme le néerlandais Willem de Sitter (1872-1934), le russe Alexander Friedmann (1888-1925), l'americano-russe George Gamow ou l'abbé belge Georges Lemaître (1894-1966), concluaient, à partir des mêmes équations, à un Univers en expansion. Ce sont les observations de Edwin Hubble, dans les années vingt, qui donneront raison à ces derniers. Il mit effectivement en évidence des galaxies extérieures à la Voie lactée (voir sujet céphéides) et surtout, que ces galaxies s'éloignent les unes des autres. Si l'Univers est en expansion, il se refroidit et, par voie de conséquence, on peut donc avancer qu'il était plus chaud à l'origine : il y a donc bien eu un point de départ, le Big Bang.

 

          le Big Bang

 
     Si l'Univers est en expansion, on peut en réalité avancer deux grandes explications :

 
          * il y a conservation de la matière qui, petit à petit, se dilue au fur et à mesure de cette expansion : on en revient à un point d'origine, le Big Bang ;

 
          * la matière se crée et se détruit sans cesse dans la même proportion et on se trouve dans un univers stationnaire qui, selon cette conception, est ici éternel et toujours le même.

 
     C'est cette deuxième hypothèse qui aura au début le plus d'adeptes parmi lesquels, le britannique Fred Hoyle (1915-2001), connu notamment pour avoir créé le terme de Big Bang afin de se moquer de la théorie rivale de la sienne. Il faut dire que jusque dans les années 40, le taux d'expansion de l'univers était notoirement surévalué (et donc son âge sous-évalué) et on en arrivait au paradoxe que les études géologiques de notre planète la décrivaient comme plus ancienne que l'Univers lui-même... Il faudra attendre qu'une évaluation plus précise de l'âge de l'Univers remette en selle le Big Bang...

 
     Quoi qu'il en soit, les deux théories s'opposaient sans que l'une d'entre elles prenne le pas sur l'autre de manière définitive et c'est à cet instant que le hasard entra en jeu.

         la découverte de Penzias et Wilson

 
     Nous sommes alors en 1964. Deux radioastronomes, Arno Penzias et Robert Wilson, travaillent pour la compagnie américaine de téléphonie Bell. Ils viennent d'entrer en possession d'une antenne ayant servi à la communication avec des satellites artificiels et, comme ils cherchent à mesurer le rayonnement radio de la Voie lactée, ils décident de transformer l'antenne en radiotélescope. Désirant la calibrer, ils cherchent à mesurer les bruits de fond respectifs de la Voie lactée et de l'atmosphère terrestre. Ils découvrent ainsi un autre bruit de fond, jusqu'alors inconnu, qu'ils attribuent à un artefact de leur installation.

     Durant plusieurs semaines, ils vont tout faire pour éliminer ce bruit, allant même jusqu'à chasser les pigeons des alentours dont les déjections, pensent-ils, sont susceptibles de provoquer le bruit parasite. Rien n'y fait. Le bruit intempestif se situe dans la longueur d'onde 7,35 cm et, traduit en chaleur d'antenne, correspond à une température du ciel de 2,7 K ; il ne varie pas en fonction du temps ou des saisons et est constant quelle que soit la direction observée. Perplexité des deux chercheurs... Les deux hommes ne sont pas trop au courant des travaux menés par ailleurs en cosmologie (dont les données théoriques sur le Big Bang prédisent la réalité d'un tel signal) et c'est par hasard qu'ils confient leur problème à des collègues astronomes. On se rend vite à l'évidence : les deux chercheurs de chez Bell ont découvert les traces radio du fond diffus cosmologique, une découverte qui leur vaudra quelques années plus tard, en 1978, le prix Nobel de physique.

 

          le fond diffus cosmologique

 
     C'est le rayonnement électromagnétique le plus ancien de l'Univers. On a déjà dit que l'Univers est en expansion et, si l'on s'en réfère à la théorie du Big Bang, qu'il a été beaucoup plus chaud par le passé. Si chaud même qu'il fut une époque où la propagation de la lumière a été beaucoup plus difficile et que les rayons lumineux, au lieu de se propager comme de nos jours, ont été difractés par la matière dense du début, un peu à la manière des phares d'une voiture par temps de brouillard. Le temps passant et l'expansion de l'Univers progressant, cette matière s'est faite proportionnellement plus ténue ouvrant un passage sans obstacle aux photons lumineux : l'Univers est devenu transparent. On sait aujourd'hui que la transparence de l'Univers est apparue environ 380 000 ans après le Big Bang. L'onde électromagnétique découverte par Penzias et Wilson et qui correspond au rayonnement d'un corps noir (voir glossaire) à 3 degrés Kelvin (comme le prévoyait la théorie) est donc le reliquat – ou l'image – du temps où l'Univers était encore opaque et cette observation indiscutable est une preuve considérable en faveur de la réalité du Big Bang par opposition à la théorie de l'Univers stationnaire.

 

          la théorie du Big Bang s'impose

 
     La découverte du fond diffus cosmologique fut le premier et peut-être le plus célèbre des arguments en faveur de la théorie du Big Bang et de l'expansion de l'Univers.

 
     L'expansion de l'Univers, rappelons-le, est la conséquence directe de la théorie de la relativité générale d'Einstein : celle-ci explique en effet que tous les composants de l'Univers sont soumis à des forces dépendant des différentes formes de la matière. Depuis le Big Bang et jusqu'à aujourd'hui, notre Univers s'est dilaté dans toutes les directions (en créant un espace à la manière d'une éponge qui se dilate mais en dehors de laquelle rien n'existe) et, connaissant les propriétés physiques de toutes ces formes de matière, il est possible de décrire les caractéristiques de cette expansion. Non seulement nous sommes capables de connaître le taux d'expansion actuel de l'Univers (c'est la constante de Hubble, voir sujet céphéides) mais aussi son expansion du passé. Par ailleurs, on comprend facilement – et pour schématiser – que cette expansion est la résultante du mouvement d'étirement du début moins les forces de gravitation qui attirent les objets (galaxies, étoiles, etc.) les uns vers les autres.

     On aurait donc pu s'attendre à un ralentissement de cette expansion ou, au moins, à sa stabilisation. C'est tout le contraire qui s'est produit puisque, en 1998, les astronomes sont arrivés à la conclusion que l'expansion s'accélère ! Ce fut une véritable surprise puisqu'il fallait admettre l'existence d'une forme d'énergie, appelée depuis énergie sombre (voir sujet matière noire et énergie sombre) qui s'oppose à la gravitation... Quelle est la nature de cette énergie sombre ? Nul ne le sait. De même que l'on ne comprend pas pourquoi la matière visible qui compose l'Univers ne représente que le cinquième d'une « matière noire » dont les caractéristiques sont inconnues (on a calculé sa masse à partir des mouvements des galaxies) et déjà prédite en 1932 par Einstein et de Sitter. Energie sombre, matière noire, que de questions sans réponses mais n'est-ce pas cela qui fait tout l'intérêt de la science en général et de l'astronomie en particulier ?

                                                          du Big Bang à aujourd'hui

 Glossaire (in Wikipedia France)

 
     * cosmologie : la cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.

 
     * corps noir : en physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température. En pratique, un tel objet matériel n'existe pas, mais il représente un cas idéalisé servant de référence pour les physiciens. Contrairement à ce que son nom suggère, un corps noir n'apparaît pas forcément noir. En effet l'adjectif «noir» signifie ici que l'objet lui-même absorbe toute la lumière extérieure qui tomberait sur lui, et ne reflète aucune radiation non plus. La seule radiation provenant du corps noir est la radiation thermique, ne dépendant que de la température du corps. Concernant le fond diffus cosmologique, celui-ci, selon la théorie du Big Bang, se devait d'avoir les caractéristiques d'un corps noir, ce qui fut effectivement démontré.

 

Images

1. fond diffus cosmologique photographié par le satellite WMAP, de la NASA, en 2003 (sources : wikipedia.fr)
          Nota : c'est l'image la plus précise du fond diffus cosmologique. Elle a été prise par le satellite MAP (microwave anisotropy probe) et a confirmé l'âge de l'Univers : 13,7 milliards d'années (à 100 millions d'années près). Outre le fait que MAP a permis de déterminer la naissance des premières étoiles (les étoiles primordiales) à seulement 200 000 ans après le Big Bang (ce qui est une surprise), les astronomes ont également pu calculer grâce à lui la répartition de la matière dans l'Univers : 4 % de matière ordinaire, 23 % de matière sombre, le reste (presque les trois-quarts !) est probablement l'énergie noire expliquant (?) l'accélération de l'expansion de l'Univers...

2. Robert Wilson (à gauche) et Arno Penzias (à droite)

(sources : pierresiffre.spaces.live.com/)

3. l'expansion de l'univers depuis le big bang (sources : www.thetriplehelix.org/)

Mots-clés : Albert Einstein - relativité générale - principe cosmologique - Willem De Sitter - Alexander Friedmann - abbé Georges Lemaître - George Gamow - Edwin Hubble - céphéides - Big Bang - univers en expansion - univers stationnaire - Arno Penzias - Robert Wilson - transparence de l'univers - constante de Hubble - énergie sombre - matière noire 

  (les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

Mise à jour 14 juillet 2009

     Dans un sujet précédent, je cherchais à replacer notre Soleil dans le grand concert cosmique (voir sujet place du Soleil dans la Galaxie) et, comme on l'a vu, les étoiles (ou les « soleils ») de notre galaxie ne sont bien sûr pas organisés au hasard. Rappelons que, comme pour toutes les galaxies du même type, la nôtre est grossièrement divisée en deux parties : le disque qui contient approximativement les 2/3 des étoiles, plutôt jeunes, et le halo, c'est-à dire la partie sphéroïdale située en dehors du bulbe galactique renfermant surtout des étoiles âgées (et où se trouve d'ailleurs notre Soleil, plus précisément dans un des bras annexes de cet ensemble, le bras d'Orion). Afin d'être un peu plus complet, j'aimerais revenir aujourd'hui sur l'organisation plus particulière de certaines étoiles : les amas globulaires.
     Il existe deux types d'amas globulaires : les amas globulaires proprement dits et les amas ouverts.

 
          généralités

 
     Un amas globulaire est un conglomérat d'étoiles toutes liées entre elles par les forces de gravitation et qui ont été formées dans des conditions identiques durant un laps de temps assez court (d'un point de vue astronomique, cela va sans dire) : ces étoiles évoluent donc de la même manière. Les amas globulaires sont des systèmes sphériques assez denses qui contiennent de quelques milliers à quelques centaines de milliers d'étoiles, le centre de l'amas en contenant la plus grande concentration. On y trouve surtout des étoiles âgées.
     A l'inverse, les amas dits « ouverts » (qu'on appelle aussi amas galactiques), à l'exemple de celui des Pléiades, sont bien moins riches en étoiles et on n'y retrouve pas de centre identifiable : de formes irrégulières, tous situés dans le plan galactique, on en connaît environ un millier (mais ils sont très certainement beaucoup plus nombreux). Ces amas ouverts sont en fait de petits groupes d'étoiles jeunes mais ce n'est pas cette organisation d'étoiles qui nous intéresse aujourd'hui. Revenons donc sur le premier type stellaire d'amas.

 
          les amas globulaires

 
     Ces groupes particuliers d'étoiles se distribuent principalement, on l'a dit, autour du centre de la Galaxie (dans le halo), grossièrement selon une sphère, mais pas seulement puisque on a pu mettre en évidence la présence de certains de ces amas autour des galaxies satellites de la nôtre comme les nuages de Magellan et également autour de notre plus proche voisine, la grande galaxie d'Andromède M31. Le calcul de la vélocité radiale de la plupart des amas globulaires montre qu'ils se déplacent selon des orbites elliptiques excentrées qui les entraînent loin de la Galaxie et qui peuvent atteindre jusqu'à 100 000 al, bien plus que les dimensions du disque galactique. Ils contiennent beaucoup d'étoiles variables (céphéides) dont le nombre varie d'ailleurs selon les amas mais également de nombreuses naines blanches, voire des étoiles à neutrons dont certaines sont des pulsars (voir glossaire). Ce qui est passionnant c'est que, à l'exemple de l'amas d'Hercule M13, ces formations d'étoiles datent des tout début de la Galaxie et sont, en quelque sorte, les témoins des premiers temps de sa formation. Ces amas sont généralement massifs puisque composés de centaines de milliers (voire millions) d'étoiles, étoiles qui, de par leur origine, sont forcément toutes très âgées et donnent à l'ensemble une teinte tirant sur le rouge. Toutes ? Pas vraiment puisqu'on a la surprise d'y rencontrer quelques géantes bleues, donc jeunes, plutôt situées dans leurs centres. Comment cela est-il possible puisque l'on vient de voir que ces amas globulaires sont vieux (par exemple, pour l'un d'entre eux appelé M3, on a calculé qu'il était âgé de 6,5 milliards d'années) et que le temps écoulé depuis leur formation est suffisant pour que certaines étoiles aient pu parcourir tout le cycle de l'évolution stellaire et se retrouver à l'état de naines blanches. Que viennent faire ces jeunes géantes bleues dans le modèle ?

 

          les traînards bleus

     On vient de voir que les amas globulaires sont vieux, très vieux : la plupart ont vu la naissance de l'Univers ou peu s'en faut, c'est à dire il y a 12 à 13 milliards d'années (voir nota 1). Les géantes bleues que l'on vient d'évoquer font donc quelque peu désordre : en fait, ces étoiles (découvertes par Alan Sandage en 1953) qu'on appelle des « traînards bleus » (sic) sont probablement formés à partir de la fusion de vieilles étoiles et cela sous l'effet des remaniements des forces de liaison. Expliquons nous : ces amas se trouvent à proximité de la Galaxie, masse énorme de dizaines de milliards d'étoiles, qui exerce sur eux une attraction considérable grandissant d'autant plus qu'ils s'approchent d'elle. De ce fait, la force d'attraction galactique peut augmenter jusqu'à dépasser les forces de liaison des étoiles de l'amas entre elles. Un certain nombre de ces étoiles sont alors « aspirées » vers la Galaxie. Toutefois, un phénomène de compensation se produit alors par l'intermédiaire d'étoiles binaires (voir glossaire) nouvellement formées ou renforcées qui consolident les liaisons internes de l'amas ce qui lui permet de garder sa cohésion (nota 2).

 
    On comprend donc que, chaque fois qu'un amas globulaire s'approche un peu trop de la Galaxie (par exemple lorsqu'il se trouve à proximité de l'extrémité d'un des bras galactiques), il perd un certain nombre d'étoiles... au point, au bout d'un certain nombre de rotations, de se voir complètement démembré. On estime que, depuis le Big Bang, la moitié d'entre eux a déjà été « réabsorbée » par leur gigantesque voisine. Certains d'entre eux – comme Palomar 13 – en sont au stade ultime et on peut penser que ce sont leurs derniers passages autour de la Galaxie, leurs étoiles ayant été pour l'essentiel déjà dispersées.

     On voit donc que, à l'échelle cosmique également, la Vie (traînards bleus) peut naître de la mort, même si, au bout du compte, il s'agit d'un combat perdu d'avance...

 
     Je ne saurais terminer ce bref sujet sur les amas globulaires sans préciser qu'ils ont fourni un grand tribut à l'astronomie contemporaine : ce sont eux qui ont permis de valider le diagramme de Hertzsprung-Russel qui permet de classer les étoiles ou plus précisément de répartir statistiquement leurs âges : c'est avec cette classification qu'on peut estimer que notre Soleil est à la moitié de son existence tandis que d'autres étoiles (je pense à Antarès) sont sur le point de terminer la leur.
     Ce sont aussi les amas globulaires qui servent d'indicateurs de distance en cosmologie et eux encore qui ont permis de démontrer que le Soleil – on y revient - est situé en lointaine banlieue de la Galaxie (En 1919, Shapley a démontré que la répartition des amas globulaires n'est pas uniforme dans le ciel puisque leur concentration est plus importante dans la direction du Sagittaire; comme cette répartition ne peut être, comme on l'a déjà dit, que sphérique dans la Galaxie, cette irrégularité apparente ne peut s'expliquer que parce que le Soleil est loin du centre de la Galaxie. On sait à présent qu'il s'en situe à environ 10 000 al alors que le rayon de la Voie Lactée est d'environ 15 000 parsecs (soit 50 000 al).

 
     Nota 1 : de nouvelles observations de Hubble confirment un Univers âgé de 13 à 14 milliards d'années. En auscultant l'amas globulaire M4, à 7000 années-lumière du Soleil dans la constellation du Scorpion, les astronomes ont détecté en 2002 les étoiles les plus vieilles de l'Univers, des naines blanches de magnitude 30 dont on a pu déterminer la température et l'âge. Ces étoiles sont âgées de 12 à 13 milliards d'années. Des modèles du cycle de la vie des étoiles soutiennent que ces premiers astres se sont formés 1 milliard d'années après le Big-Bang. Du coup, l'Univers serait âgé de 13 à 14 milliards d'années. (sources : futura-sciences.com)

 

     Nota 2 : les énergies de liaison de certaines binaires peuvent être supérieures à celles de l'amas tout entier : cette énergie peut donc s'opposer efficacement au phénomène de collapse dû au stimulus gravitationnel. On parle alors de système autogravitant, c'est-à-dire un système qui subit un effet inverse à un système thermodynamique classique qui voit sa température augmenter lorsqu'on lui fournit de l'énergie : la dispersion des vitesses des éléments qui le composent, l'analogue de la température, augmente lorsque son énergie totale diminue.

 

Glossaire (in Wikipedia France)

* étoile binaire : en astronomie, une étoile binaire se compose de deux étoiles orbitant autour de leur centre de gravité commun.

* naine blanche : résidu d'une étoile éteinte, c'est l'avant-dernière phase de l'évolution des étoiles dont la masse est comprise entre 0,8 et 8 fois celle du Soleil.

* étoile à neutrons : c'est le résultat de l'effondrement d'une étoile massive sous l'effet de sa propre gravité, lorsqu'elle a épuisé tout son combustible nucléaire. Selon la masse du noyau qui s'effondre, il se forme, par ordre croissant de masse, soit une naine blanche, soit une étoile à neutrons, soit un trou noir. La libération d'énergie qui en résulte produit une supernova de type II, Ib ou Ic.

* pulsar : nom donné à une étoile à neutrons, tournant très rapidement sur elle-même (période typique de l'ordre de la seconde, voire beaucoup moins pour les pulsars milliseconde) et, émettant un fort rayonnement électromagnétique dans la direction de son axe magnétique. Le nom de pulsar vient de ce que lors de leur découverte, ces objets ont dans un premier temps été interprétés comme étant des étoiles variables sujettes à des pulsations très rapides. Pulsar étant l'abréviation de pulsating radio source (source radio pulsante), cette hypothèse s'est rapidement avérée incorrecte, mais le nom leur est malgré tout resté.

 

Images

1. amas globulaire fermé (sources : wwwlapp.in2p3.fr)

2. amas globulaire ngc 1850b (sources : http://spt06.chez-alice.fr/amas.htm)

3. amas globulaires de la Voie lactée (sources : astrosurf.com)

Compléments

     En juillet dernier (2008), l'origine des amas globulaires a été dévoilée par la plus grosse simulation de galaxies jamais réalisée ce qui a permis de retracer l'histoire de ces zones de forte densité stellaire. Lors de la collision de deux galaxies spirales, les nuages de gaz qu'elles contiennent entrent en collision. Leur pression est telle qu'elle provoque une flambée de formations stellaires. Toutes ces étoiles restent alors concentrées dans la grande banlieue des galaxies, donnant naissance aux amas globulaires.

(Science & Vie, n° 1092, sept. 2008)

Brève : l'origine des traînardes bleues

     ... le seul moyen pour une étoile de se regénérer est de gagner du poids. Restait à savoir d'où provenait cette matière revivifiante. Les théoriciens avaient établi deux scénarios possibles. Soit un choc entre deux étoiles les fait fusionner. Elles forment alors une étoile deux fois plus massive, qui paraît donc plus jeune. Soit les traînardes bleues sont issues de systèmes binaires, c'est-à-dire de couples d'étoiles tournant l'une autour de l'autre. Lorsque l'une d'elles commence à vieillir, son enveloppe d'hydrogène et d'hélium se dilate et elle se rapproche dangereusement de sa partenaire. Jusqu'au moment où celle-ci, par gravité, aspire la matière de l'enveloppe et ainsi se regénère au détriment de la première.

     Pour départager les deux hypothèses, les chercheurs ont donc compté le nombre de blue stragglers de plusieurs amas. Ils ont alors observé qu'il est fortement corrélé au nombre théorique de systèmes binaires qu'ils contiennent tandis qu'il est sans rapport avec les probabilités de collisions.

(Science & Vie, 1098, mars 2009)

Mots-clés : amas fermés - amas ouverts - trainards (ou trainardes) bleu(e)s - nuages de Magellan - galaxie d'Andromède - céphéides - géantes bleues - Alan Sondage - diagramme de Hertzsprung-Russel - distances galactiques - étoiles binaires - pulsars - Harlow Shapley 

(les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

Mise à jour : 16 juillet 2009

          Plusieurs lecteurs m'ayant demandé à quoi se rapportait l'intitulé de mon blog, c'est tout à fait volontiers que je fais un point d'information sur ce sujet : les céphéides sont, en effet, des étoiles bien particulières, tant du point de vue astronomique que de celui de l'histoire même de l'astronomie. Et c'est bien pour ces raisons que je les ai choisies...

          caractéristiques des céphéides

     Une céphéide est une étoile géante ou supergéante de couleur jaune dont la masse représente entre 4 à 15 fois celle du Soleil tandis qu'elle est de 100 à 30 000 fois plus lumineuse que lui. Sa caractéristique principale est que son éclat varie de manière périodique de 0,1 à 2 magnitudes (cf. glossaire sujet  astronomie et astrologie) selon une période fixe comprise entre 1 et 100 jours. C'est d'ailleurs la raison pour laquelle les céphéides sont également appelées « étoiles variables », le terme céphéide provenant de la première d'entre elles découverte dans la constellation de Céphée.
     Une céphéide est une étoile jeune, plus jeune que le Soleil mais aussi plus complexe que lui. Elle doit sa lumière intense à la fusion nucléaire qui, en son centre, transforme l'hélium en carbone (pour mémoire, le Soleil transforme l'hydrogène en hélium). De ce fait, il existe chez une céphéide une alternance de contraction et de dilatation de son enveloppe externe en raison du déséquilibre entretenu par les forces de la gravité et de la pression des gaz. La conséquence en est une variation régulière de la température de surface de l'étoile et donc un changement périodique de sa luminosité. On estime que la période de variation d'éclat de ce type d'étoiles correspond à environ deux fois le temps mis par l'onde de pression pour migrer du centre à la périphérie de l'astre.
     En astronomie, la relation entre la période et la luminosité d'une céphéide en ont, en quelque sorte, fait des marqueurs des échelles de distance dans l'Univers. En effet, plus une céphéide est volumineuse et plus le trajet suivi par les ondes lumineuses en son sein sera long ce qui entraîne que plus elle est lumineuse, plus sa période de variation d'éclat sera long. A partir du moment où l'on connaît la période d'une céphéide – ce qui est facilement mesurable – on peut en déduire sa luminosité intrinsèque (réelle) par la relation période-luminosité. Dès lors, il suffit de comparer la luminosité apparente de l'étoile (celle observée à partir de la Terre) à sa luminosité intrinsèque pour obtenir sa distance. Très brillantes, donc visibles de loin, les céphéides sont détectées à présent dans d'autres galaxies que la nôtre jusqu'à des distances de 80 millions d'années-lumière environ grâce au télescope spatial Hubble. Ces déterminations de distances sont essentielles au calcul de la valeur de la constante de Hubble, qui mesure le rythme d'expansion de l'Univers. On comprend donc pourquoi certains astronomes les ont appelées les « balises de l'espace ».
     Voilà pour la partie exclusivement explicative du phénomène mais ce n'est pas seulement pour cette caractéristique, fut-elle exemplaire, que j'ai choisi les céphéides : elles témoignent également d'une des avancées les plus importantes en astronomie au siècle dernier.

           histoire de la découverte des céphéides

     Dans les années 1910-1920, une astronome de l'université Harvard, Henrietta Leavitt (1868-1921), remarque la présence de céphéides dans les nuages de Magellan, galaxies naines satellites de la Voie lactée. Elle se rend compte que plus elles sont brillantes, plus leur période de variation est longue. C'est elle qui va établir la relation entre la période de variation et la luminosité apparente de ces astres très particuliers, mesure qui sera pour la première fois réalisée en 1916 par son collègue Harlow Shapley (1885-1972). Par la suite, cette découverte viendra conforter les travaux d'Edwin Hubble (1889-1953), le premier à avoir compris, en 1924 et grâce au nouveau télescope du Mont Wilson, que les « nébuleuses » que l'on croyait jusqu'alors faisant partie de notre galaxie lui sont en réalité extérieures. Il pourra ensuite formuler sa fameuse « loi de Hubble », à l'origine du concept de l'expansion de l'Univers.

 
         un exemple de l'intelligence humaine

     La découverte des céphéides m'a semblé être exemplaire de ce qu'est la Science : une observation minutieuse des phénomènes qui nous entourent, de la logique et de la déduction (Leavitt), l'accélération de nos connaissances grâce au perfectionnement des techniques (le télescope du Mont Wilson) et, peut-être le plus important, le travail d'équipe. Même s'il est parfois difficile de rendre justice à tous (les travaux d'Henrietta Leavitt ne furent pas reconnus d'emblée à leur juste valeur). Il n'empêche : la Science, dans toutes ses composantes, sait évoluer, se transformer, se remettre en cause et, au bout du compte, nous expliquer ce que nous sommes. C'est cela sa grandeur.
 
  
 
 
images :

1. détail du petit nuage de Magellan (source : www.astrosurf.com/astrofil/)
2. Henrietta Leawitt (1868-1921) (source : www.astronoo.com)
           Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

Mots-clés :  céphéides - Henrietta Leavitt - luminosité intrinsèque - luminosité apparente - loi de Hubble  

(les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

Avis au lecteur : on trouvera d'intéressantes précisions sur le sujet dans le commentaire de GG2, en date du 23/07/08.

Mise à jour de l'article : 16 août 2009