La découverte de l’Univers n’a pas fini de surprendre et de fasciner. La construction de la plus grande image du ciel jamais réalisée ouvre à la connaissance un champ d’exploration scientifique sans précédent. Une dizaine d’années ont été nécessaires pour établir un relevé d’une telle qualité. L’Institut UTINAM de l’université de Franche-Comté participe activement à l’exploitation et à l’interprétation des données obtenues, point de départ d’ambitieuses études spectroscopiques.

Les limites de la connaissance semblent repoussées aux confins de l’Univers grâce à la construction d’une fantastique image du ciel, unique en son genre. Unique non seulement par sa surface, puisqu’elle balaie le tiers du ciel, mais aussi par sa profondeur de champ, car elle sonde très loin l’espace, recensant sur des distances incroyables tous les objets célestes placés dans le viseur de la caméra numérique la plus puissante du monde. Le tout dans une résolution exceptionnelle de 1 térapixel (mille milliards de pixels) et en cinq couleurs.

Cette précision et cette qualité mettent en évidence un très grand nombre d’objets jusqu’alors inconnus, dont l’étude permettra aux astrophysiciens d’avancer dans leur quête de la compréhension de l’Univers. Dans notre galaxie par exemple, un point jusqu’à présent supposé correspondre à un seul corps céleste se révèle en réalité être un amas de multiples étoiles. L’image dévoile aussi l’existence de « naines brunes ». Ces étoiles ratées, car trop petites, ne disposent pas d’une énergie suffisante pour s’allumer, ce qui les rend trop discrètes pour être repérées par des moyens d’investigation moins performants.

Les 150 milliards d'étoiles de la Voie lactée vues par APOGEE 

Voyage dans l’espace et dans le temps

Il faut dire que l’aire d’observation semble illimitée. Plusieurs dizaines de milliards de galaxies, posées comme autant d’îles sur un océan de vide, composent l’Univers. Les plus lointaines sont situées à plus de 13 milliards d’années lumière, ce qui signifie que ce que l’on en voit aujourd’hui correspond en fait à la réalité d’une époque remontant quasiment à la création de l’Univers ! Le Big Bang aurait en effet eu lieu il y a 13,7 milliards d’années : l’image est aussi un formidable voyage dans le temps !… Il est bien difficile d’appréhender des ordres de grandeur aussi incroyables. Pour comparaison cependant : il faut une seconde à la lumière émise par la Lune et huit minutes à celle du Soleil pour parvenir jusqu’à nous. L’œil humain distingue sous la voûte céleste des étoiles distantes de quelques années lumière. Les plus éloignées encore visibles, parce qu’elles sont très grosses et donc très lumineuses, se situent au maximum à quelques dizaines de milliers d’années lumière. Toutes les étoiles que l’on discerne font bien sûr partie de notre galaxie, qui se prête aussi aux recherches en « archéologie galactique ». Ses quelque 150 milliards d’étoiles sont autant de sources d’information sur son histoire. Par ailleurs, sa forme en spirale est la même que celle des deux tiers des galaxies : à ce titre, son étude apporte des éléments de compréhension de l’Univers.

Une luminosité très instructive

Les 470 millions d’objets répertoriés dans cette immense image du ciel donnent lieu à la sélection des étoiles les plus intéressantes pour être étudiées. L’analyse des ondes lumineuses qu’elles véhiculent renseigne sur leurs propriétés intrinsèques. Passée au crible du spectre électromagnétique, la lumière émise par les étoiles révèle leur âge, leur température et leur composition chimique. Autant d’informations personnelles à mettre en lien d’une étoile à une autre pour comprendre la structure de la Voie lactée, élaborer des modèles et des scénarios de simulation de sa formation et de son évolution.

Dans cette optique, la vitesse d’une étoile est un paramètre tout aussi fondamental. Elle se mesure également par spectroscopie, et plus précisément grâce à l’effet doppler. Lorsqu’un corps céleste s’approche, la lumière qu’il émet se décale vers le bleu sur le spectre des couleurs ; lorsqu’il s’éloigne, c’est le rouge qui l’emporte. Plusieurs années d’observation sont nécessaires pour pouvoir tirer des enseignements des déplacements des étoiles à l’intérieur d’une galaxie. Ces mouvements sont aussi étudiés à l’échelle de l’Univers tout entier, dont on sait qu’il est en perpétuelle expansion. Les galaxies s’éloignent en effet les unes des autres, un processus qui s’accélère sous l’action d’une force encore inconnue appelée « énergie noire ». L’énergie noire demeure une immense question d’astrophysique, à laquelle l’interprétation de la nouvelle carte du ciel devrait pouvoir apporter quelques éléments d’explication.