Du même auteur

Évolution stellaire et nucléosynthèse

Gordon and Breach/Dunod, 1968

Soleil : histoire à deux voix

(en coll. avec Jacques Very,

Éliane Dauphin-Lemierre et les enfants d’un CES)

La Noria, 1977 ; La Nacelle, 1990

Seuil Jeunesse, 2006

Poussières d’étoiles

Seuil, « Science Ouverte », 1984 (album illustré)

« Points Sciences », n° 100, 2009 (nouvelle édition)

et Point Deux, 2011

L’Heure de s’enivrer

Seuil, « Science ouverte », 1986

et « Points Sciences », n° 84

Malicorne

Seuil, « Science ouverte », 1990

et « Points Sciences », n° 179

Poussières d’étoiles. Hubert Reeves à Malicorne

cassette vidéo 52 min

Vision Seuil (VHS SECAM), 1990

Comme un cri du cœur

(ouvrage collectif)

L’Essentiel, Montréal, 1992

Compagnons de voyage

Photographies Jelica Obrénovitch

Seuil, « Science Ouverte », 1992 (album illustré)

et « Points », n° 542, 1998 (nouvelle édition)

Dernières nouvelles du cosmos

Seuil, « Science ouverte », 1994

et « Points Sciences », n° 130, 2002 (nouvelle édition)

L’espace prend la forme de mon regard

Photographies Jacques Very

Myriam Solal, 1995 ; L’Essentiel, Montréal, 1995 Seuil, 1999 et « Points Sciences », n° 173

La Plus Belle Histoire du monde

(en coll. avec Yves Coppens, Joël de Rosnay

et Dominique Simonnet)

Seuil, 1996 et « Points », n° P897

Intimes convictions

(entretiens)

Paroles d’Aube, 1997

La Renaissance du livre, 2001

Oiseaux, merveilleux oiseaux

Seuil, « Science ouverte », 1998

et « Points Sciences », n° 154

Noms de dieux

(entretiens avec Edmond Blattchen)

Stanké, Montréal, et Alice éditions, Liège, 2000

L’Univers

CD à voix haute, Gallimard, 2000

Sommes-nous seuls dans l’Univers ?

(en collaboration avec Nicolas Prantzos,

Alfred Vidal-Madjar et Jean Heidmann)

Fayard, 2000 et « Le Livre de poche », 2002

Hubert Reeves par lui-même

Stanké, Montréal, 2001

La Nuit

CD, éditions De Vive Voix, Paris, 2001

Hubert Reeves, conteur d’étoiles

(documentaire écrit et réalisé par Iolande Cadrin-Rossignol)

Office national du film canadien, 2002

DVD éditions Montparnasse, 2003

Mal de Terre

(en coll. avec Frédéric Lenoir)

Seuil, « Science ouverte », 2003

et « Points Sciences », n° 164

Chroniques du ciel et de la vie

Seuil / France Culture, 2005

et « Points Sciences », n° 191

Réponses à des questions fréquemment posées

De l’astronomie à la crise écologique actuelle

Vol. 1 et 2

CD Spirit Music, Metz, 2006

Chroniques des atomes et des galaxies

Seuil / France Culture, 2007

et « Points Sciences », n° 200

Patience dans l’obscur

Photographies Jacques Very

Éditions Multimondes, Montréal, 2007

Petite histoire de la matière et de l’Univers

par Hubert Reeves et ses amis

Le Pommier, 2008

Je n’aurai pas le temps

Mémoires

Seuil, « Science ouverte », 2008

Le Joli Monde d’Hubert Reeves

(en coll. avec Christophe Aubel et Cécile Léna)

Élytis, 2009

Arbres aimés

Photographies Jacques Very

Seuil, 2009 (album illustré)

Du Big Bang au vivant

(en coll. avec Jean-Pierre Luminet

réalisé par Iolande Rossignol et Denis Blacquière)

DVD éditions ECP Montréal, 2010

Images du Cosmos

(en coll. avec Benoît Reeves)

DVD et Blu-ray, La Ferme des étoiles, 2010

L’Univers expliqué à mes petits-enfants

Seuil, 2011

Je tiens à remercier Marianne Verga pour son aide
précieuse dans la préparation de cette version corrigée
et mise à jour de Patience dans l’azur.

ISBN 978-2-02-112515-3

(ISBN 1re publication : 2-02-005924-X)

© ÉDITIONS DU SEUIL, 1981, 1988.

Ce document numérique a été réalisé par Nord Compo

Ce livre est dédié à tous ceux
que le monde émerveille.

Préface à la nouvelle édition

Le texte de Patience dans l’azur a été écrit en 1980. Les connaissances ont passablement évolué depuis cette période. Il convenait de remettre le texte à jour pour la réédition 1988. Les développements nouveaux que j’ai introduits dans le texte sont explicitement signalés par les crochets <…> qui les encadrent.

L’avantage pédagogique est l’illustration de la science en marche. La science n’est pas un ensemble figé d’énoncés inaltérables. C’est un processus en devenir. Des observations « intempestives » viennent parfois jeter le doute. Ou remettre en question ce qui, pourtant, paraissait solidement acquis. Les progrès passent souvent par des marches arrière, par des retraites stratégiques.

L’évolution de la situation depuis 1980 est claire. En plusieurs domaines on surestimait le niveau de crédibilité des théories. Il faut parfois accepter de s’enfoncer dans une épaisse confusion avant de voir la lumière au bout du tunnel.

Introduction :
la montagne et la souris

Une montagne qui accouche d’une souris… Dans le langage populaire, cette expression a un sens péjoratif. Elle décrit une déception. On a fait beaucoup de bruit et de remue-ménage pour pas grand-chose. Si on considère la quantité de matière en jeu, on peut comprendre cette formule. Si on se place plutôt sur le plan de la richesse d’organisation, la situation s’inverse. Avec ses millions de tonnes de roches, une montagne ne sait rien faire. Elle reste là. Elle attend que le vent et les pluies l’usent et l’effacent. La souris, au contraire, avec ses quelques dizaines de grammes de matière, est une merveille de l’univers. Elle vit, elle court, elle mange et se reproduit. Si un jour une montagne accouchait d’une souris, il faudrait crier au plus extraordinaire des miracles…

L’histoire de l’univers, c’est, en gros, l’histoire d’une montagne qui accouche d’une souris. Cette histoire, chapitre par chapitre, émerge des différentes approches scientifiques de la réalité : physique, chimie, biologie et astronomie.

L’idée d’une histoire de l’univers est étrangère à l’homme de science des siècles derniers. Pour lui, immuables, les lois de la nature régissent le comportement de la matière dans un présent éternel. Les changements – naissance, vie, mort – visibles au niveau de nos vies quotidiennes s’expliquent dans les termes d’une multitude de réactions atomiques simples, toujours les mêmes. La matière n’a pas d’histoire.

Maeterlinck, dans son beau livre sur les abeilles, s’exalte sur l’organisation de la ruche. Mais son enthousiasme tourne au pessimisme quand, à la fin, il s’interroge sur le sens et l’avenir de la nature : « Il est puéril de se demander où vont les choses et les mondes. Ils ne vont nulle part et ils sont arrivés. Dans cent milliards de siècles, la situation sera la même qu’aujourd’hui, la même qu’elle était il y a cent milliards de siècles, la même qu’elle était depuis un commencement qui d’ailleurs n’existe pas et qu’elle sera jusqu’à une fin qui n’existe pas davantage. Il n’y aura rien de plus, rien de moins, dans l’univers matériel ou spirituel… On peut admettre l’expérience ou l’épreuve qui sert à quelque chose, mais notre monde, après l’éternité, n’étant arrivé qu’où il est, n’est-il pas démontré que l’expérience ne sert à rien ? » Hegel exprime la même vision des choses dans son propos célèbre : « Il n’arrive jamais rien de nouveau dans la nature. »

C’est avec la biologie que la dimension historique entre dans le domaine de la science. Avec Darwin, on découvre que les animaux n’ont pas toujours été les mêmes. À la surface du globe, les populations changent. Les hommes apparaissent il y a environ trois millions d’années ; les poissons, il y a cinq cents millions d’années. À ces moments-là, du nouveau est survenu dans la nature. Il y a une histoire de la vie sur la terre.

Au début de notre siècle, l’observation du mouvement des galaxies a projeté la dimension historique sur l’ensemble de l’univers. Toutes les galaxies s’éloignent les unes des autres dans un mouvement d’expansion à l’échelle du cosmos. De là est née l’idée d’un début de l’univers. Issu d’une fulgurante explosion, il y a environ quinze milliards d’années, il poursuit depuis cette date sa dilatation et son refroidissement. L’image d’une matière historique s’impose maintenant de toute part. Comme les vivants, les étoiles naissent, vivent et meurent, même si leurs durées se chiffrent en millions ou en milliards d’années. Les galaxies ont une jeunesse, un âge mûr, une vieillesse.

L’histoire du cosmos, c’est l’histoire de la matière qui s’éveille. L’univers naît dans le plus grand dénuement. N’existe au départ qu’un ensemble de particules simples et sans structure. Comme les boules sur le tapis vert d’un billard, elles se contentent d’errer et de s’entrechoquer. Puis, par étapes successives, ces particules se combinent et s’associent. Les architectures s’élaborent. La matière devient complexe et « performante », c’est-à-dire capable d’activités spécifiques.

Patience, patience,

Patience dans l’azur !

Chaque atome de silence

Est la chance d’un fruit mûr !

Paul Valéry, étendu sur le sable chaud d’une lagune, regarde le ciel. Dans son champ de vision, des palmiers se balancent mollement, mûrissant leurs fruits. Il est à l’écoute du temps qui sourdement fait son œuvre. Cette écoute, on peut l’appliquer à l’univers. Au fil du temps se déroule la gestation cosmique. À chaque seconde, l’univers prépare quelque chose. Il monte lentement les marches de la complexité.

J’imagine un Valéry cosmique qui aurait assisté en spectateur au déroulement de tous ces événements. Il aurait eu pour mission de signaler l’apparition des êtres nouveaux. Il aurait applaudi à la naissance des premiers atomes. Pour les premières cellules, il aurait composé une ode. À d’autres moments, l’inquiétude serait apparue sur son visage. Il y a eu des crises dans cette grande ascension cosmique. Certaines furent graves. Par instants tout semblait sérieusement compromis. Mais l’univers est inventif. Il a toujours su sortir de la crise. En certains cas, il a dû revenir loin en arrière pour retrouver la voie.

Où mène cette voie ? La physique nucléaire nous permet de comprendre l’évolution nucléaire : comment, à partir des particules élémentaires issues de l’explosion initiale, les noyaux atomiques se sont formés au cœur des étoiles. Rejetés dans les grands espaces intersidéraux, ces noyaux se sont habillés d’électrons. Les progrès remarquables de la radioastronomie et de la biologie moléculaire nous permettent de retracer les grandes étapes de l’évolution chimique entre les étoiles, et sur les planètes primitives. Et finalement, sur les pas de Darwin, nous verrons se dresser devant nous le grand arbre des êtres vivants sur notre planète : l’évolution biologique nous amène des bactéries à l’apparition de l’intelligence humaine. La voie de la complexité s’arrête-t-elle à l’être humain ? Nous n’avons aucune raison de l’affirmer. Le cœur du monde continue à battre à son rythme. Le « sens » est en marche. Déjà, peut-être sur d’autres planètes, d’autres étapes ont été franchies. Quelles merveilles inouïes prépare en chacun de nous la gestation cosmique ? L’homme est né du primate. Qui naîtra de l’homme ?

À cette idée neuve d’une histoire de l’univers, la première section de ce livre est consacrée. Nous y verrons comment l’observation du cosmos a conduit à la vision d’un univers en expansion. À la lumière de nos connaissances du passé, nous nous interrogerons sur le futur de notre univers. Et nous verrons comment la plus quotidienne des constatations, l’obscurité de la nuit, conduit aux plus profondes réflexions.

En enchaînant les évolutions nucléaire, chimique et biologique, il nous est possible aujourd’hui de reconstituer l’odyssée de l’univers, qui accouche de la conscience. Dans le panthéon hindou, Shiva est responsable de l’univers (fig. 1). D’une main il porte la flamme, et de l’autre la musique. Ce sont les deux pôles du cosmos. À l’origine est le règne absolu de la flamme : l’univers est dans les limbes. Puis, au cours des ères, le feu baisse lentement, comme la mer à marée descendante. La matière s’éveille et s’organise : la flamme fait place à la musique. Dans la deuxième section, nous suivrons pas à pas les étapes de cette naissance.

Dans les coulisses de l’évolution s’activent des personnages qui ont nom : temps, espace, matière, force, énergie, lois, hasard, etc. Il faudrait d’abord les présenter et les définir, mais nous les connaissons si mal ! Chaque progrès de la physique nous apprend combien leur nature profonde nous échappe : « On ne peut faire mieux que de délimiter quelques îlots de clarté dans la confusion (NI). » Dans la troisième section, j’aborderai quelques questions liées au temps cosmique, aux notions de forces et d’énergie et au rapport subtil entre les lois et le hasard. Nous verrons apparaître à cette occasion un personnage aussi discret qu’essentiel, l’« ailleurs », engendré par l’expansion de l’univers. Sans lui, nous ne serions pas là pour en parler. Nous finirons sur trois faits énigmatiques qui semblent jeter sur la nature profonde de la matière des lumières bien étonnantes.

Fig. 1. Shiva, incarnation de l’éternelle énergie cosmique. Statuette de l’Inde méridionale, xiie siècle après J.-C. Dans sa main droite supérieure, il tient le tambourin, représentant la musique. Dans sa main gauche supérieure, il tient une langue de feu. Les gestes de ses autres mains traduisent l’équilibre éternel de la vie et de la mort.

L’évolution cosmique

Évolution nucléaire : des particules aux atomes.

Dans le brasier initial

Au cœur des étoiles

Évolution chimique : des atomes aux molécules.

Dans l’espace interstellaire

Dans l’océan terrestre primitif

Évolution biologique : des molécules aux cellules,

aux plantes et aux animaux.

Dans l’océan et sur les continents

Évolution anthropologique

Au terme de ces réflexions, nous sentons notre parenté profonde avec tout ce qui existe dans l’univers. L’homme « descend » du primate, le primate « descend » de la cellule, la cellule « descend » de la molécule, la molécule « descend » de l’atome, l’atome « descend » du quark. Nous avons été engendrés dans l’explosion initiale, au cœur des étoiles et dans l’immensité des espaces intersidéraux. Dans la plus pure tradition hindouiste, nous pouvons vraiment dire que la nature est la famille de l’homme. Les liens familiaux s’illustrent au moyen d’arbres généalogiques. Dans cet esprit, j’ai placé en appendice la liste des noms de nos primes ancêtres : particules élémentaires, atomes, molécules simples de l’espace galactique (A 3). Au-delà de ces premières générations, les familles se multiplient démesurément. Je me suis contenté d’en mentionner les membres les plus influents.

Avant de terminer cette introduction, un mot d’explication sur ma démarche tout au long de ce livre. Chaque section est divisée en chapitres, chaque chapitre en thèmes. Ces thèmes portent sur un aspect particulier de l’objet de chaque chapitre. Selon le niveau de connaissances préalable du lecteur, les différents thèmes lui paraîtront plus ou moins difficiles. Certains thèmes pourront être omis sans que l’idée générale en soit rendue incompréhensible. Pour permettre au lecteur non initié de reprendre pied, j’ai résumé au début de chaque section la trame dans laquelle ces thèmes s’insèrent.

Pour raconter cette histoire du monde, il faut faire appel à de nombreuses connaissances scientifiques. J’ai essayé de minimiser l’aridité du discours en éliminant ce qui ne me paraît pas indispensable. Il y a, quand même, des notions dont on ne peut pas faire l’économie. Je les ai incorporées dans un cadre qui devrait en faciliter l’approche. Mon langage sera plutôt imagé. Quelquefois, la rigueur en souffrira.

Les notes et les appendices à la fin du livre serviront à rétablir et aussi à développer certains points plus techniques. Le lecteur déjà familier avec le langage scientifique pourra y trouver des compléments d’information. J’ai inclus un certain nombre de photos astronomiques. Elles illustrent quelques-unes des étapes importantes de notre histoire.

Je me suis méfié du style. J’ai résisté à la tentation de polir les phrases, de faire « littéraire ». J’ai pris le parti de la naïveté. L’univers nous dépasse incommensurablement. Sur tous les plans. Il n’y a pas lieu de faire des manières. L’approche la plus fructueuse est souvent la plus enfantine – ce qui ne veut pas dire la plus infantile… Dans le même esprit, j’ai pris le parti de l’anthropomorphisme le plus simpliste. Parce que je suis convaincu que, de toute façon, on n’y échappe pas. Nous avons la logique et le langage d’une époque donnée, la nôtre. Aux esprits qui viendront après nous, nous paraîtrons inévitablement de naïfs anthropomorphes… Autant l’accepter.

I.

Les notes et les appendices, signalés par les lettres N et A, sont regroupés en fin de volume.

première section

L’univers a une histoire

Notre démarche commence par une exploration du monde et un inventaire des objets célestes. L’espace est peuplé d’étoiles semblables à notre Soleil. Les étoiles qui nous entourent sont groupées en une galaxie, la nôtre, que nous appelons la Voie lactée.

Il existe des milliards de galaxies comme la nôtre dans l’univers. Ces galaxies se groupent elles-mêmes en amas de galaxies. Et ces amas s’assemblent en super-amas.

Cette structure hiérarchique des objets est une des caractéristiques de l’architecture de l’univers. Nous la retrouverons au niveau des atomes, comme au niveau des organismes vivants.

Dans l’espace, il semble bien que les super-amas soient le dernier échelon de la hiérarchie. Ils se succèdent inlassablement et forment une sorte de texture sans limites que nous appellerons le fluide-univers.

C’est grâce à la lumière que nous observons le monde. Cette lumière ne se propage pas instantanément. Dans certains cas, elle met des millions voire des milliards d’années à nous arriver. Ce fait va profondément influencer notre vision du monde. Il nous rendra l’image du passé.

L’observation nous montre que toutes les galaxies s’éloignent les unes des autres. Le fluide-univers est en expansion comme un pudding aux raisins qui gonfle au four. Quelles sont les dimensions du pudding ? Il pourrait bien être infini…

Ce mouvement d’expansion se poursuit depuis environ quinze milliards d’années. C’est l’âge de l’univers. Aujourd’hui, nous savons également mesurer l’âge des étoiles et l’âge des atomes. Les plus vieilles étoiles et les plus vieux atomes ont aussi environ quinze milliards d’années. Tout cela forme un ensemble assez cohérent.

L’expansion débute par une fulgurante explosion, où la matière est portée à des températures et des densités extrêmes. On a détecté au radiotélescope les vestiges de la lumière éblouissante qui accompagnait cette explosion.

D’autres vestiges de cette explosion initiale existent encore. Tout comme les bombes H, elle a engendré des atomes d’hélium, qui sont en quelque sorte les cendres de ce brasier. Cette même explosion pourrait être responsable de l’absence d’antimatière dans notre monde.

On aimerait bien aller voir ce qu’il y avait « avant » l’explosion initiale. Mais il faudrait pour cela traverser le « mur du temps zéro ». Des difficultés redoutables nous y attendent, tant sur le plan de la physique que sur celui de la logique elle-même.

Il est plus facile de parler du futur. Il se peut que l’expansion se poursuive indéfiniment. Il se peut également que, d’ici à quelques dizaines de milliards d’années, elle s’arrête et fasse marche arrière. À l’expansion présente succéderait alors une période de contraction et une implosion finale. Le choix entre ces deux possibilités dépend de la quantité de matière qui se trouve dans l’univers. Aujourd’hui, nous avons quelques raisons de penser que la première possibilité – expansion indéfinie – est la bonne. Mais certaines découvertes récentes pourraient prochainement remettre ce choix en question.

Même en expansion indéfinie, l’univers ne serait peut-être pas éternel. La matière dont nos objets sont formés se désintégrerait lentement en lumière. Fort heureusement, l’échéance est lointaine…

Cette section se termine sur l’évocation d’une question particulièrement importante en astronomie : « Pourquoi la nuit est-elle noire ? » La réponse n’est pas sans relation avec l’expansion de l’univers.

1. L’architecture de l’univers

Le monde des étoiles

Étendez-vous sur le sol, la nuit, loin des lumières. Fermez les yeux. Après quelques minutes, ouvrez-les sur la voûte étoilée… Vous aurez le vertige. Collé à la surface de votre vaisseau spatial, vous vous sentirez dans l’espace. Goûtez-en longuement l’ivresse.

C’est ici que commence notre exploration de l’univers. Nous allons regarder d’un œil neuf. Les constatations les plus simples, les plus immédiates, celles auxquelles nous ne faisons même plus attention, sont souvent les plus riches en information. Attardons-nous d’abord au fait suivant : il y a le jour et la nuit. La moitié du temps, il fait clair, l’autre moitié, il fait noir. C’est que nous habitons tout près d’une étoile (le Soleil), et très loin des autres étoiles.

Le Soleil est une étoile, semblable aux milliers d’étoiles que nous apercevons la nuit à l’œil nu, semblable aux milliards de milliards d’étoiles que nos télescopes nous révèlent. Mais, alors que le Soleil nous présente un disque éblouissant, les autres étoiles nous apparaissent comme des points de faible luminosité. Ce n’est pas qu’elles soient plus petites ou moins brillantes (certaines sont cent fois plus grosses et cent mille fois plus brillantes que le Soleil), c’est que, vraiment, elles sont très loin… En astronomie, on mesure les distances en termes du temps que met la lumière à les parcourir. La lumière traverse l’Atlantique en un centième de seconde. Elle rejoint la Lune en une seconde ; on dit que la Lune est à « une seconde-lumière ». Elle atteint le Soleil en huit minutes ; on dit que le Soleil est à « huit minutes-lumière ». Dans le ciel nocturne, il n’y a aucune étoile à moins de trois années-lumière, soit trente mille milliards de kilomètres (3 x 10¹³ km) (voir, en fin de volume, la note sur la mesure des distances en astronomie). Sirius est à huit années-lumière, Véga à vingt-deux années-lumière, les trois étoiles de la Ceinture d’Orion (les trois Rois Mages) sont à mille cinq cents années-lumière… Telles sont, en général, les distances entres les étoiles. Mais le diamètre de notre Soleil n’est que de deux secondes-lumière et celui des plus grandes étoiles n’excède pas vingt minutes-lumière… Le ciel est vide. Les étoiles n’ont pratiquement aucune chance de se rencontrer.

Fig. 2. La Voie lactée est cette grande arche lumineuse au-dessus de nos têtes, par les belles nuits d’été. Elle est constituée des milliards d’étoiles de notre Galaxie, vue par la tranche. Ici, on l’observe au télescope.

Fig. 3. Notre Galaxie vue de face. Cette reconstitution – encore très incertaine – de la structure spiralée de notre Galaxie a été obtenue à l’aide d’un ensemble complexe de données optiques et radioastronomiques. Comme chacun sait, il est beaucoup plus difficile de se connaître soi-même que de connaître les autres…

On a indiqué par une flèche la position approximative de notre Soleil. Il gravite autour du centre de la Galaxie et effectue une rotation en environ deux cents millions d’années. Notre système solaire, né il y a quatre milliards six cents millions d’années, a donc à peu près vingt-cinq « années galactiques ».

L’absence du bras dans la partie inférieure du dessin ne reflète que notre ignorance de la structure galactique dans cette région…

Dans le vaste espace entre les étoiles, il fait très noir et très froid. À l’intérieur des étoiles, il fait très chaud. Entre ces domaines inhabitables existe une minuscule région tempérée hospitalière. La vie humaine n’a pu apparaître et se développer que dans cette frange privilégiée où, au rythme de la rotation terrestre, alternent le jour et la nuit… Presque partout ailleurs, il fait toujours nuit. S’il n’y avait pas « le jour et la nuit », nous ne serions pas là pour en discuter… Mais, au fait, pourquoi la nuit est-elle noire ? Les étoiles sont loin, bien sûr, mais il y en a beaucoup. Pourquoi leur nombre ne compense-t-il pas leur distance ? Cette question peut paraître sans intérêt. Tout au contraire, c’est une des plus riches qu’on puisse poser. Pour l’instant, gardons-la en réserve. Nous y reviendrons abondamment.

Reprenons notre observation. Notons que les étoiles ne sont pas réparties uniformément sur la voûte céleste. Elles sont plus concentrées le long d’une large bande blanche. En été, cette bande, comme une arche, passe au-dessus de nos têtes. C’est la Voie lactée (fig. 2)… À l’œil nu, on ne distingue pas individuellement les étoiles de la Voie lactée, pas plus que les feuilles des arbres dans la forêt lointaine. La nuée blanchâtre est un semis d’étoiles situées à des milliers d’années-lumière. L’ensemble de ces étoiles (y compris notre Soleil) forme ce qu’on appelle la Galaxie : notre Galaxie (le mot grec galactos veut dire « lait »). Elle renferme plus de cent milliards d’étoiles dispersées dans un volume en forme de disque.

Le diamètre de ce disque est de cent mille années-lumière, et son épaisseur de cinq mille années-lumière (schémas 1 et 2). Notre Soleil est situé environ aux deux tiers de la distance entre l’axe du disque et son bord extérieur (fig. 3). Quand notre regard se dirige vers la Voie lactée, nous voyons le disque par la tranche. D’où cette aspect d’une arche étroite au-dessus de nos têtes.

Toutes les étoiles de la Galaxie tournent autour de l’axe du disque. Le Soleil fait un tour complet en deux cents millions d’années environ : une « année galactique ». Il y a une année galactique, la Terre était peuplée de dinosaures. Né il y a 4,6 milliards d’années, le Soleil compte aujourd’hui vingt-cinq années galactiques.

Schéma 1. Notre Galaxie vue par la tranche.

Schéma 2. Notre Galaxie. Vue plongeante avec une coupe dans un plan vertical.

<Nous avons maintenant une nouvelle estimation de la masse de notre Galaxie. On l’obtient en mesurant la vitesse des nuages galactiques autour du centre de la Galaxie. Le résultat est étonnant : notre Galaxie est de cinq à dix fois plus massive que nous ne le pensions auparavant. On a obtenu le même résultat en étudiant de nombreuses galaxies extérieures.

Fig. 4 (ci-contre). La galaxie d’Andromède. À deux millions et demi d’années-lumière, cette galaxie est semblable à la nôtre. À partir d’un centre extrêmement brillant dans lequel est concentré un très grand nombre d’étoiles âgées (jaunies ou rougies) se développent des bras spiraux qui font plusieurs tours autour du centre avant d’atteindre la périphérie. Sur leur face interne, les bras sont surtout marqués par les nuages de poussière, tandis que, vers l’extérieur, ce sont les étoiles géantes bleues lumineuses qui les dessinent. À gauche et à droite de la galaxie se trouvent deux autres petites galaxies dites « satellites d’Andromède ». Leur structure amorphe ne contient ni étoiles jeunes ni bras spiraux. On suppose que, nées en même temps qu’Andromède, elles ont traversé leur vie à un rythme très rapide et déjà atteint une sénilité précoce.

Fig. 5 (ci-dessus). Le Grand Nuage de Magellan est une galaxie irrégulière. Il contient beaucoup de matière nébulaire et d’étoiles très jeunes. Ici, la transformation du gaz en étoiles n’est pas très avancée.

Fig. 6. Une galaxie spirale dans la Chevelure de Bérénice. On la voit par la tranche. Son disque mince sur les bords s’enfle légèrement vers le centre. Les taches sombres et brillantes le long du disque sont des « nuages de matière interstellaire ». Notre Galaxie, la Voie lactée, ressemble beaucoup à celle-ci.

Nous ne connaissons pas la nature de ce supplément de masse. Il ne s’agit pas d’étoiles visibles au télescope. De quoi s’agit-il ?

Les candidats possibles sont nombreux : des étoiles très peu lumineuses (naines brunes), des planètes semblables à notre Jupiter, des météorites rocheuses, ou même des particules élémentaires d’une nature encore inconnue.

Cette composante mystérieuse porte dans la littérature le nom de « matière noire » ou de « masse manquante ». Elle nous force à admettre qu’une fraction majeure de la matière universelle est encore en dehors du champ de notre connaissance.

Une douche froide sur un certain triomphalisme scientifique, exprimé déjà au XIXe siècle par le chimiste Berthelot : « L’univers est maintenant sans mystère. »>

Le monde des galaxies

Dans le ciel vu à l’œil nu, il n’y a pas que des étoiles, il y aussi des nébuleuses. On nomme « nébuleuse » toute tache lumineuse étendue. Par les très belles nuits d’été, on peut apercevoir, près du Carré de Pégase, la nébuleuse d’Andromède (fig. 4). Son existence est mentionnée pour la première fois, à notre connaissance, par l’astronome arabe Al-Soufi en 964. Il y a aussi, un peu en dessous des trois Rois Mages, la grande nébuleuse d’Orion dans la constellation du même nom. Mais les nébuleuses les plus spectaculaires, à l’œil nu, sont les deux Nuages de Magellan (fig. 5), observés par cet explorateur lors de son premier voyage dans l’hémisphère Sud.

Certaines de ces nébuleuses sont des masses gazeuses situées dans notre Galaxie. C’est le cas de la nébuleuse d’Orion par exemple. Mais les Nuages de Magellan (à deux cent mille années-lumière) et la nébuleuse d’Andromède (à deux millions d’années-lumière) sont en dehors de notre Galaxie. Constituées de milliards d’étoiles, ce sont des galaxies au même titre que notre Voie lactée. Déjà, au XVIIIe siècle, Kant soupçonnait l’existence de ces mondes extérieurs, qu’il nommait « univers-îles » (fig. 6 et 7). Mais il fallut attendre 1920 pour que cette thèse soit définitivement établie. Aujourd’hui, nos télescopes dénombrent les galaxies par milliards… Les distances moyennes entre chacune sont d’environ un million d’années-lumière. Ces distances ne sont pas énormément plus grandes que les diamètres de ces galaxies (cent mille années-lumière). En conséquence, le ciel des galaxies n’est pas aussi « vide » que celui des étoiles. Les collisions de galaxies ne sont pas rarissimes. Les « frôlements » arrachent des lambeaux de matière gazeuse qu’ils projettent dans l’espace extragalactique. C’est ainsi qu’un pont de matière existe aujourd’hui entre le Grand Nuage de Magellan et notre Voie lactée. Il a vraisemblablement été produit quand, il y a environ deux cents millions d’années, les deux galaxies se trouvaient beaucoup plus rapprochées.

Fig. 7. Cette galaxie, de type elliptique, a transformé pratiquement toute sa substance gazeuse en étoiles. Elle ne présente pas de nuages interstellaires ni d’étoiles en formation. Elle a vieilli prématurément.

Fig. 8. Trois galaxies groupées dans la constellation du Lion. Les galaxies s’éloignent les unes des autres. Dans quinze milliards d’années, les distances entre les galaxies auront doublé par rapport à ce qu’elles sont aujourd’hui.

Un univers hiérarchisé

D’atomes en molécules, d’étoiles en galaxies, d’amas en super-amas, notre univers est construit sur un mode hiérarchique. Les êtres semblables se groupent pour former de nouveaux êtres, à un niveau supérieur. Cette hiérarchie s’étend de l’infiniment petit à l’infiniment grand.

L’homme préscientifique se croyait placé au centre du monde. Nous savons que, géographiquement en tout cas, il n’en est rien. En explorant les divers plans et structures de l’univers, nous allons chercher à nous situer.

Depuis Copernic, nous savons que notre Terre n’est ni le centre de l’univers ni même le centre de notre système solaire. C’est une planète tout ordinaire qui tourne, comme les autres planètes, autour du Soleil. Notre glorieux Soleil est une banale étoile située quelque part dans la banlieue de notre Voie lactée.

Fig. 9. La galaxie Messier 87 est au centre du super-amas de la Vierge. Le jet de lumière provient de l’intense activité du noyau central de cette galaxie.

En observant la position des galaxies extérieures à la nôtre, les astronomes ont constaté qu’elles ne sont pas distribuées au hasard dans le ciel. Si on se pose la question : « Où a-t-on le plus de chances de trouver une galaxie ? », la réponse est : « Près d’une autre galaxie » (fig. 8). Et : « Où a-t-on le plus de chances d’en trouver une troisième ? – Près des deux premières. » En d’autres termes, les galaxies ont tendance à former des groupes, comme les abeilles ou comme les étoiles. Dans l’échelle hiérarchique, un groupe d’étoiles forme une galaxie, et un groupe de galaxies forme un amas de galaxies. Notre Voie lactée fait partie de ce qu’on appelle l’Amas local. Il est constitué d’une vingtaine de galaxies voisines de la nôtre, dans un rayon d’environ cinq millions d’années-lumière. Andromède et les deux Nuages de Magellan en font partie. Ici, nous ne sommes pas trop mal situés : notre Voie lactée est une des plus grosses galaxies de l’Amas local.

Fig. 10. Sur cette photo, chacune des taches floues est une galaxie. Elles forment un super-amas situé à deux cents millions d’années-lumière de nous. Telle est la structure de notre univers : des galaxies à perte de vue.

Les amas de galaxies s’organisent-ils, eux-mêmes, en unité supérieure ? Il semble bien que oui. On parle alors de super-amas. Notre Amas local fait partie du super-amas de la Vierge. Un super-amas regroupe plusieurs milliers de galaxies dans un volume dont les dimensions se mesurent en dizaines de millions d’années-lumière. La région centrale des super-amas est généralement occupée par une galaxie monstrueuse dont la masse équivaut à plusieurs centaines de galaxies normales. Elle manifeste une activité extraordinairement puissante et se distingue par une quantité de propriétés insolites. On a toutes raisons de croire que les autres galaxies gravitent autour d’elle, comme les planètes autour du Soleil, ou les étoiles autour de l’axe de notre Voie lactée. Il y a cependant une différence : les orbites planétaires sont stables, la Terre ne tombera jamais sur le Soleil ; à l’inverse, en larges spirales, les galaxies du super-amas s’approchent lentement du centre. [À cause de leur proximité et des forces d’attraction qu’elles exercent sur leurs voisines, les galaxies perturbent constamment leurs courses mutuelles.] Les galaxies sont irrésistiblement attirées par le monstre cannibale qui les dévore. Certains astrophysiciens prétendent même qu’il les offre en pâture à un « trou noir » (A 6) qu’il héberge en son sein. Notre super-amas possède sa galaxie cannibale. Elle se nomme Messier 87 (fig. 9). Est-ce là, dans les hoquets d’un trou noir, que notre Galaxie est appelée à finir ses jours ? (Ici la prudence s’impose. Ces observations et ces spéculations proviennent d’études très récentes. La critique des gens du métier élimine régulièrement une bonne partie des théories nouvelles. Il est toujours prudent d’attendre quelque temps avant d’adopter une thèse audacieuse. Celle-ci tiendra-t-elle le coup ? Affaire à suivre…)

<Nous avons aujourd’hui des données beaucoup plus précises sur les amas de galaxies. Le cannibalisme galactique semble généralement admis. Il paraît peu vraisemblable cependant que les galaxies cannibales engouffrent une fraction importante des amas qui les hébergent.>

L’univers : un fluide sans bornes

À l’échelle ultime, l’univers est un vaste fluide dont les galaxies, les amas et les super-amas sont les éléments.