Lumière et astronomie

L’astronomie : la discipline où la lumière est reine

En astronomie, les expériences sont toujours des observations. De lumière visible d’abord, comme les premiers astronomes. Ils avaient l’avantage d’un ciel plus pur, non pollué (y compris la pollution lumineuse de nos villes et routes !). Mais ils utilisaient essentiellement leurs yeux, nus ou via des lunettes d’astronomie.

Les instruments d’aujourd’hui nous donnent une bien meilleure vue que celle de nos prédécesseurs. Nous sommes à présent capables de regarder des rayonnements invisibles pour nos yeux humains, comme les rayons infrarouges, rayons X voire rayons gamma. Et chaque rayonnement nous donne des informations différentes sur les astres que l’on observe. Toutes les longueurs d’onde étudiées sont complémentaires pour comprendre les phénomènes astrophysiques : étudier la température des étoiles, repérer les sursauts gamma très énergétiques ou la présence d’un trou noir au cœur de notre galaxie.

Une espionne sur toute la ligne

Avant d’arriver jusqu’à nous, la lumière des étoiles a traversé l’immensité de l’espace. Or cette immensité n’est pas vide : il y a des nuages de gaz très diffus, d’autres galaxies… Et la lumière que nous recevons garde les traces de toutes ses rencontres. Étudier la lumière permet donc non seulement de connaître la source de cette lumière mais aussi tout ce qui se trouve entre cette source et le télescope.

Mais il y a encore plus.

Coup de projecteur sur la matière noire

Depuis Einstein et sa théorie de la relativité générale, on sait que matière et lumière sont liées. La matière, comme une étoile ou une galaxie, modèle l’univers et la lumière suit les courbes qu’elle y trace. Ainsi, connaître le voyage de la lumière qui arrive sur le détecteur des télescopes permet d’en déduire les masses qui se trouvaient sur ce trajet. Y compris les masses invisibles à toutes les longueurs d’onde aujourd’hui atteignables par l’Homme. Cette matière noire constitue 26,8 % de notre univers (contre 4,9% pour la matière ordinaire, le reste étant de l’énergie noire) et la seule preuve de sa présence est ainsi son effet sur la lumière qui nous provient de lointaines galaxies !

Le passé dévoilé

Ainsi, la lumière nous en apprend beaucoup sur la structure de l’univers, tel qu’il est aujourd’hui mais aussi tel qu’il était presque jusqu’à sa naissance. En effet, à cause de sa vitesse finie, la lumière met un certain temps à nous parvenir depuis l’endroit où elle a été émise. Et le rayonnement reçu nous donne une image de l’objet au moment du départ de la lumière. Donc plus on observe loin, plus on remonte dans le passé ! Ainsi, si la lumière met deux ans à nous parvenir d’une galaxie, nous regardons cette galaxie telle qu’elle était il y a deux ans. Et la lumière la plus ancienne que l’on puisse observer a été émise 300 000 ans après la naissance de l’univers, il y a environ 13,8 milliards d’années.Cette lumière « fossile » est appelé le fond diffus cosmologique et il nous renseigne sur l’état de l’univers à cette époque très ancienne. En comparant les structures observées à différents moments de l’existence de l’univers, donc à différentes distances par rapport à nous, les astronomes peuvent ainsi en déduire l’évolution de notre univers.

Aujourd’hui, l’astronomie et l’astrophysique s’aident de plus en plus de simulations numériques et développent des théories aux prédictions pour le moment (?) inobservables. Mais la lumière, visible et invisible, reste l’outil principal de cette discipline et la source de bien des découvertes.

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