Note : toutes les miniatures sont dotées d’un lien conduisant vers la page du site de l’APOD qui contient les textes anglais et les photographies originales. Les textes sont quelquefois une adaptation des textes de l’APOD et ne sont donc pas une traduction fidèle. J’ai souvent ajouté mes propres commentaires, ou encore fait un résumé rapide. J’ai aussi modifié la plupart des hyperliens vers des pages françaises. Les photos les plus récentes
apparaissent en haut de la page.
LA THÉORIE DU BIG BANG, L'ÉVOLUTION DE L'UNIVERS, FORMATION DES GALAXIES
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Que s'est-il passé depuis le début de l'Univers?
Quelques événements marquants sont indiqués le long de la spirale de ce
dessin. En son centre se trouve le
Big Bang, le moment qui
a donné naissance à notre Univers il y a environ 13,8 milliards d’années.
Puis, en quelques milliards d’années, des atomes sont apparus, puis des
étoiles à partir de ces atomes, puis des galaxies à partir d’étoiles et de
gaz et enfin notre Soleil suivit par la Terre il y a environ 4,6 milliards
d’années. La vie sur notre planète est apparue il y a environ 3,8 milliards
d’années, suivie par des cellules et la photosynthèse un milliard d’années
plus tard. La vie multicellulaire sur Terre a commencé à prospérer il y a
environ 1,7 milliard d’années. Les poissons ont commencé à nager il y a
environ 500 millions d’années, suivi des mammifères qui ont marché sur le
sol de notre planète 300 mammifères plus tard. Les humains sont apparus pour
la première fois il y a environ 6 millions d'années et ont construit les
premières villes il y a environ 10 000 ans. La spirale temporelle illustrée
s'arrête là, mais on pourrait y ajouter les vols spatiaux humains, qui ont
commencé il y a seulement 75 ans et l'intelligence artificielle a commencé à
s'imposer il y a seulement quelques années. Plusieurs autres événements,
comme le règne des dinosaures, non mentionnés dans le texte de l’APOD sont
inscrits le long de la spirale. Quant à la disparition des humains, on ne
sait pas quand cela se produira!
(Illustration Credit: Pablo
Carlos Budassi via Wikipedia) |
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Comment sommes-nous parvenu jusqu’ici? Démarrez
cette animation,
asseyez-vous et admirez. C'est une
simulation numérique
de l'évolution de l'Univers, la plus vaste et la plus sophistiquée produite
à ce jour. Elle nous donne un nouvel aperçu sur la
formation des galaxies, ainsi que de nouvelles perspectives sur la place
de l'humanité dans l'Univers. En 2014, le
projet Illustris,
le plus ambitieux de ce type jamais entrepris, a nécessité 20 millions
d'heures de CPU pour
simuler l'évolution de 12 millions d'éléments d'un cube de 35 millions
d’années-lumière d'arête sur une période de 13 milliards d'années. Cette
simulation
est la première à suivre la matière lors de la
formation d'un grand
type de variété de galaxies. Alors que cet
univers virtuel évolue, une partie de la matière de l'Univers en
expansion se condense très tôt pour former des filaments, des
galaxies et des
amas de galaxies. La
simulation est construite comme si une caméra virtuelle tournait autour de
l'univers en évolution. Elle nous montre d'abord l'évolution de la
matière noire,
puis de l'hydrogène (à
45
secondes du début), des éléments lourds tels l'hélium ou le carbone (à
90 s)
et elle revient ensuite à la
matière noire (127
s). Le temps écoulé depuis le
Big Bang apparaît en bas
à gauche, alors que le type de matière en jeu est inscrit. Les explosions
visibles à 50
secondes correspondent à l'expulsion de bulles de gaz chaud par les
trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies. Il existe des
divergences importantes entre
Illustris et l'Univers
que nous observons, dont la surabondance de vieilles étoiles de la
simulation. On continue donc à se creuser les
méninges pour améliorer
cette simulation. (Video Credit:
Illustris Collaboration,
NASA,
PRACE, XSEDE,
MIT, Harvard CfA; Music: The
Poisoned Princess (Media
Right Productions)) |
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D'où viennent les éléments présentés sur un
tableau périodique? L'hydrogène dans notre corps et présent dans chaque
molécule d'eau vient du
Big Bang.
Il n'y a plus de source
importante de création
d'hydrogène dans l'Univers. Le
carbone contenu dans
notre corps a été fabriqué par la
fusion
thermonucléaire dans le cœur des étoiles, tout comme l'oxygène. Une
portion importante du fer que renferme notre corps a été produit par des
supernovas qui ont explosé il y a longtemps et fort loin du Soleil.
L'or de nos bijoux a
peut-être été produit par des étoiles à neutrons lors de collisions qui
ont été
visibles sous forme de brefs
sursauts gamma ou
d’ondes gravitationnelles.
Les éléments comme le phosphore et le cuivre, quoique présents en petite
quantité
dans nos corps, sont
essentiels au fonctionnement de toutes les
formes de
vie connues. Cette
version du tableau périodique indique, selon les connaissances actuelles
des humains, par un
code de couleur l'origine de la
nucléosynthèse de
tous les éléments connus. Les
sites de la
production de certains éléments, comme le
cuivre, ne
sont pas réellement bien connus et c'est encore un domaine actif de
recherche. (Image Credit:
Cmglee (Own
work) CC BY-SA 3.0
or GFDL, via
Wikimedia Commons) |
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La Terre n’est pas au repos. Elle tourne autour du
Soleil qui se déplace aussi autour du centre de la Voie lactée. La Voie
lactée est aussi en mouvement par rapport au Groupe
local de galaxies qui lui aussi se déplace vers l’amas de la Vierge.
Toutes les vitesses auxquelles se déplacent ces astres sont cependant
petites comparées aux vitesses mesurées par rapport au rayonnement
de fond cosmologique (RFC). Cette image montre cette radiation décalée
vers le rouge d’un côté du ciel et vers le bleu de l’autre côté. Le décalage
Doppler obtenu permet de calculer que le groupe local se déplace à 600 km/s
par rapport au RFC. Une vitesse aussi élevée surprend et on n’a toujours pas
d’explications quant à son origine. Pourquoi se déplace-t-on aussi
rapidement? Qu’est-ce qui se trouve là-bas? (Image Credit: DMR, COBE, NASA,
Four-Year Sky Map) |
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L'Univers
observable. Jusqu'où pouvez-vous voir? Tout ce que vous pouvez voir et
tout ce que vous pourriez voir en ce moment, en supposant que vos yeux
soient capables de détecter tous les types de radiations qui nous entourent,
est l'Univers observable. Dans le
spectre électromagnétique, le plus loin que l'on puisse voir provient du
fond diffus
cosmologique, un rayonnement dans le domaine des
microondes créé il y
a quelque 13,8
milliards d'années lorsque l'Univers était aussi opaque qu'un épais
brouillard. Certains
neutrinos et les
ondes gravitationnelles qui nous entourent viennent d'encore plus loin,
mais nous n'avons pas encore la technologie pour les détecter. Cette image
illustre l'Univers observable avec une
échelle de
plus en plus compacte en s'éloignant du centre où reposent la
Terre et
le Soleil
entourés par notre
système solaire, des
étoiles et des
galaxies rapprochées,
des galaxies éloignées,
des filaments de matière
du jeune Univers et le
fond diffus cosmologique.
En général, les cosmologistes supposent que notre Univers observable est
seulement une partie d'une entité plus vaste où les mêmes lois de la
physique s'appliquent. Plusieurs autres hypothèses hautement spéculatives
posent l'existence du
multivers, soit plusieurs univers avec différentes valeurs des
constantes physiques et même différentes lois de la physique, où des
dimensions supplémentaires pourraient exister, ou encore, des univers
parallèles au nôtre avec des versions presque semblables de notre réalité.
De la
science-fiction? (Illustration Credit & Licence: Wikipedia, Pablo
Carlos Budassi) |
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Avez-vous entendu parler du
champ ultra-profond
de
Hubble? Peut-être, mais certainement pas de cette façon ! Déplacez votre
pointeur sur l’image et écoutez. L’image du champ ultra-profond de Hubble
(HUDF, pour Hubble Ultra Deep Field) a été créée en 2003 et 2004 en pointant
le
télescope spatial Hubble pour un très long moment
vers une région presque vide afin qu’il puisse recueillir les images de
galaxies
lointaines très pâles. C’est l’une des images les plus célèbres de
l’astronomie et elle vous est présentée ici avec des effets sonores qui sont
associés aux distances des galaxies. Pointez une galaxie et vous entendrez
une note qui
indique approximativement le
décalage vers
le rouge de celle-ci. Parce que le
décalage vers le rouge diminue la longueur d'onde de la lumière, le son
d’une galaxie est ici associé aux basses fréquences du
spectre sonore.
Plus la galaxie est lointaine, plus grand est son
décalage cosmologique
vers le rouge (même sa couleur est bleue) et plus la note jouée sera
grave. La distance moyenne des galaxies de
l’HUDF est d’environ
10,6 milliards
d’années-lumière et la note du son associé est
F#.
(Image Credit: NASA, ESA, Hubble; Sonification: G.
Salvesen (UCSB); Data: M.
Rafelski et al.) |
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Comment les premières étoiles se sont-elles formées?
Pour nous aider à le savoir, la simulation numérique SPHINX au sujet de la
formation des étoiles à l’époque de la
formation des structures a été créée. Certains résultats obtenus sont
montrés dans
cette vidéo. Le temps écoulé depuis le
Big Bang est indiqué en millions d’années dans le coin supérieur gauche.
Même 100 millions d’années après le
Big Bang,
la matière était répartie trop uniformément dans le cosmos pour permettre la
formation d’étoiles. Outre le
rayonnement
de fond, l’Univers était sombre. Bientôt cependant, de légers grumeaux
de matière riche en hydrogène
commencent à s’assembler pour former les
premières étoiles. Sur la vidéo en accéléré, le violet indique le gaz,
le blanc correspond à la lumière et l’or à un rayonnement si énergétique
qu’il ionise l’hydrogène, brisant l’atome en ses deux composantes, le proton
et l’électron. Les régions dorées correspondent aussi aux étoiles les plus
massives qui ont connu une vie très courte en produisant de
puissantes supernovas. Le
médaillon circulaire nous montre une région qui est en train de voir
naître
une galaxie. Cette simulation continue jusqu’à ce que l’Univers atteigne
environ 550 millions d’années. Pour évaluer l’exactitude et les hypothèses
des simulations SPHINX, ses
prévisions seront comparées aux
observations actuelles de
l’univers
profond, mais aussi aux
observations plus directes de
l’Univers
primordial que nous obtiendrons avec le
futur télescope spatial James Web de la NASA.
(Video Credit: Harley
Katz (U. Oxford) et
al.) |
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Que
verriez-vous si vous pouviez voyager jusqu'aux lointaines galaxies de
l'Univers? Pour vous en donner un aperçu, une équipe d'astronomes a calculé
les distances de plus de 5000 galaxies dans l'un des champs les plus
éloignés jamais photographiés, le
champ ultra-profond
d'Hubble (HUDF).
Puisque la lumière se déplace à
une vitesse finie,
elle met énormément de temps à nous parvenir de ces lointaines galaxies.
Donc, nous voyons les galaxies de
cette vidéo
dans l'état où elles étaient alors que l'Univers n'avait qu'une fraction de
son âge présent. Ces galaxies étaient alors
encore en formation
d'où leurs formes bizarres par rapport aux galaxies situées plus près de
nous. À cette époque, il n'existait pas encore de galaxies spirales matures
comme notre
Voie lactée
ou sa voisine
Andromède.
Vers la fin de la vidéo, le
voyageur virtuel
survole la plus lointaine galaxie du
HUDF
dont le
décalage vers le rouge
est
de 8.
Ce genre de
galaxie primitive de
faible luminosité
contient probablement des
étoiles énergétiques
dont la lumière a
transformé
la
matière
froide qui les entoure en un
chaud plasma.
(Video Credit:
NASA>, ESA, F. Summers, Z.
Levay, L. Frattare, B. Mobasher, A. Koekemoer and the HUDF Team (STScI)) |
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Comment les galaxies se sont-elles formées dans l'Univers primitif? Afin de le découvrir, les astronomes ont étudié une partie du ciel dépourvue d'étoiles avec le réseau de quatre télescopes du Very Large Telescope (VLT) au Chili pour dénicher et compter les galaxies formées lorsque notre Univers était très jeune. L'analyse de la distribution de quelques galaxies très éloignée (décalage vers le rouge approchant 2,5, un peu plus de 11,2 milliards d’années-lumière) a révélé un énorme conglomérat de galaxies s'étendant sur 300 millions d’années-lumière et contenant environ 5000 fois la masse de notre galaxie, la Voie lactée. Surnommé Hypérion, c'est actuellement le plus vaste et le plus massif proto-superamas découvert dans l'Univers primitif. Un proto-superamas est un groupe de jeunes galaxies liées par la gravité qui s'effondrent pour former un superamas qui est lui-même formé de plusieurs amas galactiques composés de centaines de galaxies contenant des milliards d'étoiles. Sur cette image, les galaxies massives sont représentées par des ronds blancs, alors que les régions contenant une grande quantité de galaxies sont colorées en bleu. L'identification et l'étude de ces grands groupes de galaxies anciennes nous aident à mieux comprendre la composition et l'évolution de l'Univers dans son ensemble. (Visualization Credit: ESO, L. Calçada & Olga Cucciati et al.) 23 octobre 2018 |
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D’où venons-nous? Nous savons que nous vivons sur une planète qui est en orbite autour d’une étoile elle-même en orbite autour du centre d’une galaxie, mais comment tout cela s’est-il formé ? Pour mieux comprendre les détails de cette évolution cosmique, des astrophysiciens ont produit une version améliorée de la célèbre simulation Illustris. On a donné le nom de «Illustris TNG» à cette nouvelle simulation qui est le modèle numérique le plus sophistiqué de l’évolution des galaxies dans notre univers. Cette vidéo présente les champs magnétiques depuis l’univers primordial (décalage vers le rouge de 5) jusqu’à aujourd’hui (décalage de 0). Sur les images de la vidéo, le bleu est utilisé pour représenter des champs magnétiques relativement faibles, alors que le blanc dépeint de forts champs. Ces champs magnétiques sont étroitement associés aux galaxies et aux amas galactiques. Au début de la simulation, une caméra virtuelle fait le tour de l’univers virtuel de «Illustris TNG» montrant une jeune région très filamenteuse dont la taille fait environ 30 millions d’années-lumière. La gravité fait son œuvre et des galaxies se forment alors que l’univers en évolution prend de l’expansion. L’univers final simulé de «Illustris TNG» montre une bonne correspondance statistique avec notre Univers réel actuel, mais certaines différences demeurent, par exemple une divergence notable de la puissance des ondes radio émises par des particules chargées se déplaçant à grande vitesse. (Video Credit: IllustrisTNG Project; Visualization: Mark Vogelsberger (MIT) et al. ; Music: Gymnopedie 3 (Composer: Erik Satie, Musician: Wahneta Meixsell)) 19 février 2018 |
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D'où viennent les éléments présentés sur un tableau périodique? L'hydrogène dans notre corps et présent dans chaque molécule d'eau vient du Big Bang. Il n'y a plus de source importante de création d'hydrogène dans l'Univers. Le carbone contenu dans notre corps a été fabriqué par la fusion thermonucléaire dans le cœur des étoiles, tout comme l'oxygène. Une portion importante du fer que renferme notre corps a été produit par des supernovae qui se sont produites il y a longtemps et fort loin du Soleil. L'or de nos bijoux a peut-être été produit par des étoiles à neutrons lors de collisions qui ont été visibles sous forme de brefs sursauts gamma. Les éléments comme le phosphore et le cuivre, quoique présents en petite quantité dans nos corps, sont essentiels au fonctionnement de toutes les formes de vie connues. Cette version du tableau périodique indique, selon les connaissances actuelles des humains, par un code de couleur l'origine de la nucléosynthèse de tous les éléments connus. Les sites de la production de certains éléments, comme le cuivre, ne sont pas réellement bien connus et c'est encore un domaine actif de recherche. (Image Credit: Cmglee (Own work) CC BY-SA 3.0 or GFDL, via Wikimedia Commons) 24 octobre 2017 REPRISE 25 janvier 2016 |
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À partir d'un début d'une uniformité déconcertante, comment l'Univers a-t-il pu devenir ce qu'il est aujourd'hui? Pour mieux cerner cette question, les cosmologistes et la NASA ont produit cette vidéo qui est en fait une simulation numérique de l'évolution d'une partie de l'Univers couvrant une région de 100 millions d’années-lumière. Cette simulation commence environ 20 millions d'années après le Big Bang pour se terminer au temps présent. D'un état uniforme, la gravité fait son œuvre et force les amas de matière à former des galaxies qui commencent immédiatement à se diriger les unes vers les autres. Assez rapidement, plusieurs d'entre elles se condensent en de longs filaments alors que d'autres s'assemblent violemment pour former d'immenses amas galactiques chauds. L'étude des propriétés potentielles de l'univers de ces simulations a aidé les scientifiques dans la conception du télescope spatial James Webb dont le lancement est prévu pour la fin de l'année 2018. (Video Credit: Donna Cox (AVL NCSA/U. Illinois) et al., NASA's GSFC, AVL, NCSA) |
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Pourquoi y a-t-il plus de matière que d'antimatière dans l'Univers? C'est l'une des questions de la cosmologie scientifique qui n'a pas encore trouvé de réponses satisfaisantes. Pour cerner cette facette de la physique théorique, la Chine et les États-Unis ont uni leurs efforts pour créer l'expérience de neutrinos de Daya Bay (page Web de l'expérience). Situé sous une épaisse couche de roche à environ 50 km au nord-est de Hong Kong en Chine, chacun des huit détecteurs épie les antineutrinos émis par les six réacteurs nucléaires situés à proximité. Cette image nous montre l'intérieur de l'un de ces détecteurs avec ses photodétecteurs qui captent la faible lumière émise par les antineutrinos lorsqu'ils interagissent avec le fluide du détecteur. Les résultats préliminaires indiquent un taux étonnamment élevé de transformation de nature des antineutrinos. Si ce taux est confirmé, cela pourrait impliquer l'existence d'un nouveau type de neutrino, ce qui aurait des conséquences certaines sur notre compréhension de la physique des particules et des tout premiers instants de l'Univers après le Big Bang. (Image Credit & Copyright: DOE, Berkeley Lab - Roy Kaltschmidt, photographer) |
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Les galaxies aux allures de bonbons remplissent cette version 2014 du champ profond d'Hubble. L'éclat des galaxies les moins brillantes de cette image est 10 milliards de fois moins forte que celui des étoiles visibles à l'œil nu. Cette image nous montre l'Univers d'un passé extrêmement jeune, c'est-à-dire tel qu'il était à quelques centaines de millions d'années après le Big Bang. Cette image a été construite en ajoutant des données captées dans l'ultraviolet au champ profond d'Hubble réalisé dans la constellation australe du Fourneau. Cette version du champ profond contient maintenant tous les domaines du spectre électromagnétique que peut capter le télescope Hubble, de l'ultraviolet jusqu'à l'infrarouge proche et évidemment la lumière visible. L'ajout de l'ultraviolet permet d'ajouter l'étude de la formation des étoiles pour des galaxies situées à des distances comprises entre 5 et 10 milliards d’années-lumière. (Image Credit: NASA, ESA, H.Teplitz and M.Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (ASU), Z. Levay (STScI)) 5 juin 2014 |
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L'Univers a-t-il vraiment connu à ses débuts une période très courte et démesurément rapide de son expansion? Le modèle de l'inflation cosmique développé par Alan Guth est apparu à la fin des années 1970 pour rendre compte de plusieurs énigmes, dont le problème de l'horizon posé par l'homogénéité et l'isotropie de notre univers (fiche 5). Hier, le 17 mars 2014, des résultats ont été publiés au sujet d'un signal que l'on savait existé, mais dont la puissance élevée était inattendue. La théorie de l'inflation cosmique prédit qu'un certain degré de polarisation devrait exister dans le rayonnement micro-onde du fond diffus cosmologique, la lumière émise il y a 13,8 milliards d'années lorsque l'univers est devenu transparent suite à la recombinaison des électrons. Cette polarisation de mode B présente un motif tourbillonnant dans la radiation du fond diffus et elle est attribuée aux effets de pression et d'allongement produits par les ondes gravitationnelles sur les photons émis lors de la capture d'un électron par un atome. Ces étonnants résultats ont été découverts dans les données recueillies par l'observatoire BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2) situé près du pôle Sud. C'est cet observatoire que l'on voit sur la photographie. Le graphique superposé à la photo est une carte micro-onde d'une portion du ciel. Les lignes noires montrent la polarisation de la radiation et elles indiquent une rotation de la direction de cette polarisation vers les pics colorés de température. Même si ces résultats semblent statistiquement convaincants, ils demeureront controversés tant qu'il n'y aura pas des observations indépendantes pour en vérifier la validité. (Image Credit: BICEP2 Collaboration, NSF, Steffen Richter (Harvard)) 18 mars 2014 |
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Quelle était l'apparence des toutes premières galaxies. Pour le savoir, il suffit de pointer un puissant télescope capable de recueillir la lumière émise il y a environ 13 milliards d'années. C'est ce que l'on a fait en utilisant le télescope spatial Hubble à trois reprises : la première image date de 1995 et s'appelle le champ profond de Hubble (HDF pour Hubble Deep Field), la deuxième , le champ ultra-profond de Hubble (HUDF pour Hubble Ultra Deep Field), a été réalisée en 2004 et la troisième construite dans le domaine de l'infrarouge a été achevée en 2009. On vient de produire une autre image des galaxies lointaines, le XDF pour Hubble eXtreme Deep Field. L'image du jour présente un échantillon des plus vieilles galaxies observées, galaxies qui se sont formées juste après les «Âges sombres», la période durant laquelle l'Univers devenu transparent à la lumière, mais sans qu'aucune source lumineuse distincte n'apparaisse, il y a de cela 13 milliards d'années. L'instrument ACS de Hubble et le canal infrarouge de la caméra WFPC3 ont été utilisés pour obtenir le XDF. Il nous faudra maintenant étudier encore pendant quelques années cette image pour comprendre comment les étoiles et les galaxies se sont formées alors que l'Univers venait tout juste de naître. (Image Credit: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch (UCSC), R. Bouwens (Leiden Obs.), and the XDF Team) 14 octobre 2012 |
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Cette étoile ne devrait pas exister! Les étoiles de la génération de notre Soleil, dites de population I, contiennent en effet des éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium. Les étoiles de la précédente génération, celles dites de population II, ont engendré en explosant les éléments lourds de notre environnement. Les étoiles de population II contiennent donc moins d'éléments lourds. On pense même que les premières étoiles de l'Univers, dites de population III, devraient contenir en petite quantité d'éléments plus lourds que l'hélium, tel le lithium formé lors de la nucléosynthèse primordiale peu après le Big Bang. Mais l'étoile SDSS J102915+172927 défie la théorie. Elle semble contenir moins d'éléments que ne le prévoient les modèles. Elle contient même 50 fois moins de lithium que ne le prévoit le modèle de la nucléosynthèse. Cette étrange découverte provient d'une analyse spectroscopique approfondie réalisée en utilisant le VLT dans le cadre du vaste projet Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Les présents modèles de formation d'étoiles ne peuvent tout simplement pas expliquer cette absence de lithium. Certains ont émis l'hypothèse que le lithium primordial pourrait avoir été détruit dans le cœur de l'étoile en raison de la température infernale qui y règne. (Image Credit: ESO, DSS2) 7 septembre 2011 |
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Comment se fait-il qu’une région de l’Univers primordial soit si froide? Personne ne le sait exactement, mais plusieurs astronomes pensent maintenant que le point froid du RFC (radiation de fond cosmologique maintenant nommé par plusieurs fond diffus cosmologique) ne constitue pas un phénomène vraiment intéressant. En prenant de l’expansion, l’univers primordial s’est refroidi de façon prévisible par les lois de la physique et il est devenu transparent à la lumière. Tous les photons que nous observons de cette époque forment le RFC. Cette radiation est très uniforme, mais elle présente quand même des régions légèrement plus chaudes ou plus froides. L’étude de ces régions nous révèle d’ailleurs de précieux renseignements au sujet des mécanismes de l’univers primordial qui les ont créées. Mais le point froid fait exception. Diverses hypothèses pour expliquer son origine ont été publiées : un gigantesque vide, une texture cosmique, ou même une intrication quantique avec un univers parallèle (hypothèse d’Everett). Mais, il est tout aussi possible qu’un univers aussi banal que le nôtre montre statistiquement des particularités comme le point froid. Les hypothèses présentées pour expliquer le point froid nous en disent peut-être plus sur l’imagination humaine que sur l’univers primordial. (Credit: WMAP Science Team, NASA) 21 mars 2011 |
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Cette image nous montre la Voie lactée telle que nous pourrions la voir si nous étions loin d'elle et dans le même plan que son disque. Cette image en fausses couleurs a été construite à partir des données du satellite Planck qui opère dans le domaine des micro-ondes. Les nuages brillants rosâtres correspondent au plan de notre Galaxie alors que les bandes bleues de gaz et de poussière s'étendent au-delà du plan galactique à des centaines voire même à des milliers d'années-lumière. La partie rougeâtre de cette image correspond au RFC (rayonnement de fond cosmologique) émis entre 400 000 et 600 000 ans après le Big Bang qui remontrait selon les estimations du programme WMAP à 13,73 ± 0,12 milliard d’années. Les variations de température de cette radiation nous indiquent les endroits où sont apparus les germes des structures de l'Univers. Les scientifiques de la mission Planck tentent actuellement de séparer le rayonnement de la Voie lactée du RFC ce qui permettrait de déduire des informations sur la formation de notre propre Galaxie. (Credit: ESA, Planck HFI & LFI Consortia) (Cosmologie) 9 juillet 2010 |
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On connaît assez précisément
l’âge de l’Univers, soit
13,5 ± 0,2 milliards d’années, mais on ne sait
pas vraiment quand les galaxies se sont formées. C’est pour
le savoir et aussi pour connaître le nombre
approximatif de galaxies (fiche 3) de l’Univers
observable qu’on a réalisé en 2004
une image dans le domaine de la lumière visible des galaxies les
plus lointaines que l’on puisse capter à l’aide
du télescope spatial Hubble. Quant à l’image du jour
qui provient aussi de Hubble et qui couvre la même région
du ciel que celle de 2004, elle a été dans le domaine de l’infrarouge
proche. Cette image a été réalisée au cours
de l’été 2009. Les petits points rouges de cette
image sont des galaxies dont le décalage vers le rouge est supérieur à 8.
Cela implique que ces
galaxies se sont formées alors que l’Univers était
très jeune et qu’elles pourraient fort bien être de
la toute première génération de galaxies. D’ailleurs,
l’analyse des données par l’équipe
HUDF09 montre que ces galaxies contiennent très peu de poussière
ce qui n’est guère étonnant, car on pense que les premières
galaxies contenaient des étoiles très massives dont les très
fortes radiations transformaient tous les gaz en plasma chaud
ionisé. Les galaxies au premier plan sont plus près de nous
et elles sont donc plus récentes. (Credit: NASA, ESA, G.
Illingworth (UCO/Lick & UCSC), R.
Bouwens (UCO/Lick & Leiden
U.), & the HUDF09
) 9 décembre 2009 |
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Que verrions-nous si on pouvait
remonter le temps juste après le début de la naissance de
notre Univers? Impossible direz-vous! Pas vraiment. La lumière ne
voyage pas à une vitesse infinie. Si on observe une galaxie distance
de 10 milliards d’années, nous voyons l’Univers tel
qu’il était il y a 10 milliards d’années. Nos
télescopes sont donc des portes temporelles qui nous permettent
d’étudier l’évolution de l’Univers. On
peut donc apprendre quand et comment se sont formées les galaxies.
Jusqu’à présent on ne connaissait aucun amas galactique
situé à plus de 9 milliards
d’années-lumière. Mais, le télescope spatial
en rayon X Chandra a battu ce record. L’amas galactique JKCS041 qu’il
a détecté est en effet situé à 10 milliards
d’années-lumière de nous. L’image du jour nous
montre, en fausse couleur, le rayonnement X qui correspond à cet
amas. (Credit: X-ray: NASA, CXC, INAF, S.
Andreon et
al.; Optical: DSS, ESO/VLT) 28 octobre 2009 |
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Pourquoi les objets ont-ils
une masse ? Le CERN a
construit le LHC (Le
grand collisionneur d’hadrons) pour répondre entre autres à cette
question. C’est le plus puissant accélérateur de particules
qui existe présentement. Il devrait est mis en service en mai 2008
et produire des collisions de protons à des vitesses records. Grâce
aux énergies atteintes, on espère pouvoir produire des bosons
de Higgs et d’ainsi valider le mécanisme
de Higgs, un modèle qui tente d’expliquer l’origine
de la masse des particules. Le LHC sera aussi utilisé pour tenter
de former des micros trous noirs (trous
noirs quantiques de Stephen Hawking et Bernard Carr) et des monopoles
magnétiques ainsi que pour explorer la théorie de la supersymétrie.
Le projet LHC@home permettra à tous
les internautes d’aider les chercheurs du LHC à traiter les
données obtenues. Cette méthode de traitement des données
est inspirée du très grand succès obtenu par l’équipe
de SETI pour
la recherche d’intelligence extraterrestre. (Credit & Copyright: Maximilien
CERN) 24 février 2008 |
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Le casse-tête
fait d'images de galaxies et d’étoiles sert à illustrer
la question du jour : comment notre Univers finira-t-il? On parle
du Big Bang et des nouvelles découvertes au sujet de l’énergie
sombre qui semble accélérer l’expansion de l’Univers. Illustration (Crédit & Copyright: Lynette
Cook) 21 octobre 2007 (REPRISE : 3 mars 2003) |
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Galaxies de l’Univers
naissant ( Hubble). Cette photographie est connue sous le nom
de «Hubble Ultra Deep Field, (HUDF)». C’est
une photographie de galaxies situées à des distances dépassant
10 milliards d’années-lumière. On pense que
ces petites galaxies sont les briques qui ont permis de construire
les galaxies actuelles. La photo n’est qu’une partie de
la photo HUDF. Par comptage statistique, cette photographie nous a
permis d’estimer le nombre de galaxies de l’Univers visible à quelque
75 milliards. (Credit: NASA, ESA,
and N. Pirzkal (STScI/ESA)
et al.) 10 septembre 2007 |
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Les premières étoiles.
À quoi ressemblaient les premières étoiles formées
après le Big Bang? On ne le sait pas vraiment. Le Soleil n’est
pas une étoile de la première génération, ni
même de la deuxième génération. Les premières étoiles
qui ont été formées l’ont probablement été peu
de temps après le Big Bang, soit il y a environ 13 milliards d’années.
Le télescope spatial infrarouge Spitzer a permis d’observer
une lueur diffuse qui pourrait provenir d’étoiles des centaines
de fois plus massives que le Soleil. L’image présentée
montre le fond infrarouge du ciel avec certaines parties légèrement
plus intenses que d’autres. Ces régions pourraient correspondent
aux premiers amas d’étoiles. Les zones grises correspondent à des étoiles
de la Voie lactée qui ont été enlevées numériquement
de la photo. (Credit: NASA/JPL-Caltech/A.
Kashlinsky (GSFC)
et al.) 2 janvier 2007 |
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L’expansion initiale de
l’Univers s’est produite avec une rapidité qui dépasse
l’imagination : on pense que des fluctuations à l’échelle
quantique se sont produites en moins de 1 picoseconde (10-12 seconde,
un millionième de millionième). Ce scénario cosmologique
est connu sous le nom de «théorie
de l’inflation». On vient d’apposer des
données chiffrées à ce modèle grâce
aux données du satellite WMAP (Wilkinson
Microwave Anisotropy Probe). Les instruments de WMAP mesurent
le rayonnement
de fond cosmologique (RFC), le rayonnement de l’Univers lorsqu’il
est devenu transparent à la lumière. La très grande
précision des mesures du RFC réalisées par WMAP
a permis de préciser ce qui s’est passé lors de
la picoseconde du modèle de l’inflation. Les propriétés
du RFC dépendent en effet des conditions qui prévalaient à la
naissance de l’Univers et donc aux premiers instants de son existence.
Le diagramme présenté retrace les quelque 13,7 milliards
d’années de l’histoire de notre Univers depuis l’inflation,
en passant par la formation des étoiles des galaxies et des
planètes, et finalement de la mise en orbite de WMAP. (Credit: WMAP
Science Team, NASA) |
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Cette carte de l’Univers en
lumière micro-onde montre l’Univers alors qu’il était âgé de
380 000 ans. Les résultats très attendus de l’étude
WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) rendus publics en
2004 ont mis fin à plusieurs débats
cosmologiques qui perduraient en raison des données moins
précises disponibles. On a ainsi pu déterminer à une
précision de 1% l’âge de l’Univers, 13,7 milliards
d’années. On estime aussi que l’Univers est composé de 73%
d’énergie sombre, de 23% de matière sombre et
de 4% de matière ordinaire, celle que nous connaissons. L’Univers
est en expansion, à un rythme actuel de 71 (km/s)/Mpc, valeur
précise à 5%, et que ce rythme augmente : l’expansion
de l’Univers ne s’arrêtera jamais. (Credit: WMAP
Science Team, NASA) 25 septembre 2005 (REPRISE : 11 juillet 2004 et 12 février 2003) |
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Quand les galaxies
se sont-elles formées?
On ne le sait pas de façon précise et c’est pour cela
qu’on cherche à capter la lumière des plus lointaines
galaxies. Plus une galaxie est éloignée de nous, plus la
lumière a mis de temps à nous parvenir et plus la galaxie
est jeune. Les faibles taches rouges de l’image du jour réalisée
par le télescope spatial Hubble sont des galaxies qui battent le
record d’éloignement de la Voie lactée, elles pourraient
bien être les toutes premières galaxies qui se sont formées.
C’est une recherche méticuleuse sur la désormais célèbre
photographie Hubble
Ultra Deep Field (HUDF)
prise par l’instrument ACS (Advanced
Camera for Surveys) qui a permis de découvrir les galaxies
encerclées sur la photo. Leur distance et leur abondance indiquent
que l’Univers était très jeune lors de leur apparition.
Des analyses nous indiquent que ces galaxies sont uniquement des galaxies
naines. On pense que les grosses galaxies se sont formées à partir
de la fusion de ces petites galaxies. (Credit: R.
Windhorst (ASU), H. Yan (SSC,
Caltech), et al., ESA, NASA) 29 septembre 2004 |
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Quelle était l'apparence des premières galaxies ? Afin d'aider les astronomes à trouver des réponses à cette question, le télescope spatial Hubble vient de prendre une photo que l'on a nommée «Hubble Ultra Deep Field (HUDF)». C'est la photo qui se rend le plus loin dans l'Univers en lumière visible. On devrait y voir les plus vieilles galaxies jamais observées, des galaxies qui se sont formées juste après les âges sombres alors que l'Univers n'avait que 5% de son âge actuel. La caméra infrarouge NICMOS et la caméra en lumière visible ACS ont capté les photos de l'image HUDF. Cette image succède à la précédente HDF (Hubble Deep Field) et dans certaines couleurs elle est quatre fois plus sensible. (Credit: S. Beckwith & the HUDF Working Group (STScI), HST, ESA, NASA) 9 mars 2004 |
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À l’échelle des temps cosmologiques, la galaxie POX 186 est très jeune, une centaine de millions d’années comme le montre cette photographie provenant du télescope Hubble qui révèle que cette galaxie est probablement le résultat d'une collision entre deux regroupements d'étoiles. Cette petite galaxie est aussi relativement rapprochée de nous, seulement 68 millions d’années-lumière dans une région très peu peuplée de la constellation de la Vierge. Cette galaxie peuplée d'étoiles, de gaz et de poussière est très petite par rapport à des galaxies spirales comme la Voie lactée. Son diamètre n'est que de 900 années-lumière et elle ne compte que quelque 10 millions d'étoiles, chiffres très petits par rapport aux 100 000 années-lumière et au 200 milliards d'étoiles de la Voie lactée. Les observations de POX 186 nous amènent à croire que ces minuscules galaxies sont les dernières à s'être formées après que les grosses galaxies soient nées il y a des milliards d'années. (Credit: Michael Corbin (CSC/STScI), William Vacca (MPE), NASA) 28 février 2004 REPRISE du 3 janvier 2003 |
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C’est bien connu, la gravité peut courber la lumière. C’est cette propriété de la gravité qui permet à un amas galactique d’agir comme un gigantesque télescope. L’image du jour provient du télescope spatial Hubble. Presque tous les objets lumineux de cette image sont des galaxies de l’amas Abell 2218. Cet amas est si massif et si compact que sa gravité courbe et focalise la lumière des galaxies lointaines comme le ferait une immense lentille imparfaite. Le résultat obtenu est étonnant : on peut voir des images déformées et même multiples des galaxies, des arcs longs et faiblement lumineux. Regardez un réverbère au travers un verre de vin et vous verrez un effet de distorsion semblable. L’amas galactique Abell 2218 est à environ 2 milliards d’années-lumière en direction de la constellation du Dragon. C’est grâce à la puissance de ce télescope naturel que les astronomes ont récemment capté la lumière la galaxie la plus lointaine détectée à ce jour : elle présente un décalage doppler égal à 7. Trois images de cette lointaine galaxie sont visibles au sommet de la photo ainsi qu’en bas à droite (sur la photo en haute définition, ces images sont en bas et en haut à gauche) : regardez à l’intérieur des lignes blanches. Des analyses réalisées grâce aux données recueillies à l’observatoire Keck nous indiquent que cette galaxie s’est formée très tôt dans l’histoire de l’Univers, alors qu’il n’avait qu’environ 5% de son âge actuel. (Credit: ESA, NASA, J.-P. Kneib (Caltech/Observatoire Midi-Pyrenees) & R. Ellis (Caltech)) 17 février 2004 |
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Nous avons appris cette année que l'Univers est âgé de 13,7 milliards d'années. Auparavant, on savait que l'âge de l'Univers se situait entre 12 et 15 milliards d'années. La précision accrue de cet âge vient du petit satellite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) qui a été placé en sur un orbite très spécial, au point de Lagrange L2 de la Terre. L'image du jour montre les données recueillies par le satellite pour les deux hémisphères du ciel : ces cartes représentent la distribution du rayonnement de fond cosmologique (RFC) avec des détails d'une précision jamais atteinte jusqu'à aujourd'hui. En plus de nous permettre de déterminer l'âge de l'Univers, l'analyse des données a permis de confirmer que la mystérieuse énergie sombre constitue environ 73% de l'Univers, le reste étant constitué de la matière ordinaire (4%) que nous connaissons et de matière sombre (23%) dont on ignore aussi la nature exacte. Il nous faut maintenant expliquer à l'aide de ces nouveaux paramètres comment notre Univers évoluera. (Credit: WMAP Science Team, NASA) 31 décembre 2003 |
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C'est en étudiant le spectre d'un arc mystérieux d'un l'amas galactique situé dans la constellation du Lynx que des astronomes ont découvert la plus massive et la plus lointaine région de formation d'étoiles que l'on connaisse. L'arc du Lynx est un peu plus rouge que son environnement et il est situé à droite du centre de cette image. Cette image de l'amas galactique a été construite en utilisant des données d'Hubble et de télescopes terrestres. L'amas est à environ 5 milliards d’années-lumière de nous, mais des études spectroscopiques indiquent que la région de formation d'étoiles est encore plus lointaine. L'amas galactique courbe la lumière provenant de cette région de formation d'étoiles comme le ferait une énorme lentille convergente, un effet de la gravité prévu par la relativité générale d'Einstein. En fait, on estime que cette région serait à quelque 12 milliards d’années-lumière de nous. Elle serait un million de fois plus lumineuses que la célèbre pouponnière d'étoiles située dans la nébuleuse d'Orion. On estime que cette lointaine pouponnière du Lynx contient environ un million de jeunes étoiles chaudes et massives, comparativement aux quatre étoiles qui illuminent la nébuleuse d'Orion. Les étoiles de l'arc du Lynx sont en moyenne deux fois plus chaudes que celles de la nébuleuse d'Orion et elles sont nées alors que l'Univers était âgé de moins de deux milliards d'années. Les astronomes pensent que des étoiles se sont formées encore plus tôt dans l'histoire de l'Univers. (Credit: R.A.E. Fosbury (ESA/ST-ECF), et al., ESA, NASA, NOAO) 5 novembre 2003 |
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Où sont donc passées les premières étoiles de l'histoire de l'Univers. Aucune étoile connue ne semble être constituée que des éléments primordiaux de l'Univers, l'hydrogène, l'hélium et une très faible quantité de lithium. Toutes les étoiles que nous connaissons ont des éléments lourds (tout élément de numéro atomique égal ou supérieur à 3) en trop grande quantité pour être des étoiles de population III, celles qui se seraient formées au commencement de l'Univers. Le Soleil est une étoile de population I (troisième génération). Plusieurs étoiles des amas globulaires sont des étoiles de population II (deuxième génération). Les étoiles de population III sont riches en éléments lourds alors que les étoiles de population II en sont presque dépourvues. On est cependant à la recherche des étoiles de la première génération. Cette année, des progrès significatifs ont été réalisés dans cette quête. Des analyses des images du rayonnement de fond cosmologique réalisées par le satellite WMAP montrent que les gaz ont pu être ionisés par les premières étoiles qui seraient nées seulement 200 millions d'années après le Big Bang. On dispose maintenant de simulations informatiques plus précises pour reproduire la création et l'évolution de ces premières étoiles. L'image du jour est d'ailleurs une simulation informatique à une échelle d'un mois-lumière de la structure d'une telle étoile. Les divers cocons que se contractent pour former l'étoile ont une masse totale de 30 fois celle du Soleil. Une étoile d'une telle masse fusionne rapidement son hydrogène et produit une supernova deux millions d'années après sa naissance. L'explosion de l'étoile enrichit l'Univers en éléments lourds qui deviennent alors les constituants des étoiles de la génération suivante. (Credit & Copyright: Visualization: Ralf Kaehler (ZIB) & Tom Abel (Penn. State) Simulation: Tom Abel (Penn. State), Greg Bryan (Oxford) & Mike Norman (UCSD)) 10 juin 2003 |
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Quelle était donc l’apparence des premiers quasars de l’Univers? Selon le modèle généralement accepté des galaxies à noyau actif (GNA), les quasars les plus près de nous renferment en leur centre un trou noir supermassif. Les gaz et les poussières qui tombent vers le trou noir émettent des radiations si intenses qu’elles dépassent parfois la luminosité entière de la galaxie. Les gaz et les poussières qui nourrissent le trou noir proviennent des collisions entre les galaxies. Les quasars qui se sont formés dans le premier milliard d’années de l’Univers sont cependant plus mystérieux, car on se demande d’où pourrait provenir le matériel nourrissant le trou noir. L’image du jour est une composition artistique montrant un quasar primordial entouré d’enveloppes gazeuses, de poussière, d’étoiles et de jeunes amas stellaires. Des observations méticuleuses des spectres de trois quasars lointains nous ont révélé des raies qui correspondent aux émissions d’atomes de fer. Ces observations réalisées à l’aide du télescope Hubble sont en accord avec des résultats obtenus de l’étude WMAP qui montrait qu’un cycle stellaire d’évolution stellaire devait avoir eu lieu pour créer ce fer. (Drawing Credit: Wolfram Freudling et al. (STECF), ESO, ESA, NASA) 20 mai 2003 |
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Grâce à cette carte, nous pouvons calculer l'âge approximatif de l'Univers, 13,7 milliards d'années. Comment arrive-t-on à ce chiffre? On n'y voit pourtant que la lueur rouge des micro-ondes émises par les gaz de notre galaxie, la Voie lactée, et le gris des micro-ondes provenant de l'Univers primordial. En fait, les micro-ondes de l'Univers primordial forment ce que l'on nomme le rayonnement de fond cosmologique. Il s'est formé lorsque l'Univers n'était âgé que d'environ 400 000 à 600 000 ans et que sa température était devenue assez froide pour que les électrons s'unissent aux noyaux d'hydrogène et d'hélium. La lumière a alors pu circuler librement entre les atomes alors qu'auparavant elle était continuellement absorbée par les électrons : l'Univers était opaque et il formait ce qu'on appelle un corps noir. Le rayonnement de fond est le témoin de cette époque. L'étude de la répartition de ce rayonnement montre qu'il n'est pas parfaitement uniforme, il présente des taches produites par le son émis par des régions légèrement plus denses de l'Univers primordial. Les ondes sonores mettent un certain temps pour produire les structures que l'on observe. Les mesures de leur répartition permettent de déduire l'âge actuel de l'Univers. On a calculé à l'aide de cette carte réalisée par le satellite WMAP que l'Univers est âgé de 13,7 ± 0,2 milliards d'années. Le satellite WMAP accompagne la Terre dans son orbite autour du Soleil au point de Lagrange L2. (Credit: WMAP Science Team, NASA) 17 février 2003 |
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Nous vivons tous dans une forêt! Des «arbres» d'hydrogène qui absorbent la lumière des astres sont en effet répartis dans tout l'Univers. Ces nuages d'hydrogène produisent de nombreuses raies d'absorption dans les spectres des quasars lointains, formant ce que l'on nomme la forêt Lyman‑a. La lumière des quasars lointains semble absorbée par beaucoup plus de nuages Lyman‑a que les quasars qui sont près de nous ce qui semble indiquer que des broussailles Lyman‑a ont fait leur apparition tôt dans l'histoire de notre Univers. L'image du jour est une distribution possible des nuages Lyman‑a à une distance qui correspond à un décalage vers le rouge de 3. Chaque arête du cube mesure 30 millions d’années-lumière. On ne connaît ni l'étendue des nuages Lyman‑a, ni leur géométrie. On ne connaît pas non plus la raison pour laquelle il semble y en avoir plus aujourd'hui que dans le passé. Bref, on sait peu de choses à leur sujet. (Credit & Copyright: J. Shalf, Y. Zhang (UIUC) et al., GCCC) 26 janvier 2003 REPRISE DU 12 novembre 2000 et du 24 février 1998 |
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Y a-t-il un lien physique entre la galaxie du centre de cette photo et le quasar situé en haut à droite où sont-ils simplement dans la même région du ciel par un alignement fortuit? Des débats portant sur des systèmes comme celui-ci font rage depuis quelques décennies, car la réponse à cette question pourrait être utilisée pour défier la théorie cosmologique moderne. Certains soutiennent que le quasar Markarian 205 a été récemment éjecté de la galaxie NGC 4319 et qu'ainsi le décalage vers le rouge ce quasar n'est pas une mesure valide de sa distance. Mais, plusieurs astronomes pensent que ces deux objets ne sont pas physiquement associés. La valeur très élevée du décalage vers le rouge de Markarian 205 indiquerait alors que ce quasar est à l'autre bout de l'Univers. Sur cette photo, Markarian 205 est juste à côté de la Lune et, évidemment, il s'agit d'une superposition fortuite. (Credit: R. Knacke (Penn State Erie) et al., Hubble Heritage Team, NASA) 7 octobre 2002 |
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Cette image en lumière visible provenant du télescope Hubble du ciel profond est maintenant célèbre, car on y voit les galaxies les plus lointaines que nous ayons réussi à photographier. Cette image est maintenant connue sous le nom de «Hubble Deep Field» (HDF). La magnitude des galaxies les plus pâles est de 30, soit environ 4 milliards de fois moins brillante que les plus pâles étoiles visibles à l'œil nu. Ces galaxies sont très loin de nous et en les regardant on voit l'Univers tel qu'il était à peu près 1 milliard d'années après le Big Bang. Pour réaliser cette image, on a choisi une zone sans étoiles dans la constellation de la Grande Ourse. Le télescope Hubble a réalisé 342 photos pour une durée de pose qui s'est étalée sur 10 jours entre le 18 et le 28 décembre 1995. En accumulant les photos, des galaxies de moins en moins lumineuses sont apparues. Les données recueillies ont été utilisées pour percer les mystères de l'évolution des galaxies et de l'enfance de notre Univers. (Credit: R. Williams, The HDF Team (STScI), NASA) 1er septembre 2002 REPRISE DU 9 juillet 2000 et du 7 juin 1998 |
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29) Cette image de galaxies éloignées est une suite au succès obtenu par l'image «Champ profond de Hubble» prise en 1995 connu sous le sigle HDF (Hubble Deep Field). Cette fois, on a baptisé l'image du nom de champ profond Sud de Hubble aussi connue sous un sigle : HSF-S (Hubble Deep Field South). Cette mosaïque a été réalisée à partir de plusieurs centaines de photographies prises sur une période de 10 jours dans une région très restreinte de la constellation australe du Toucan. Le premier HDF provenait d'une région du ciel tout aussi petite située dans la constellation de la Grande Ourse. Ces deux régions qui équivalent à un bouton de chemise placé à 25 mètres (2,5 minutes d'arc) ont été choisies en raison de la relative absence d'étoiles de notre galaxie et de galaxies rapprochées. On a ainsi pu observer des galaxies situées jusqu'à 12 milliards d’années-lumière. La lumière provenant de galaxies situées à 12 milliards d’années-lumière nous fait voir l'Univers alors qu'il venait de naître, une époque qui présente encore plusieurs mystères pour les cosmologistes. Les résultats de l'étude HDF-S ont été rendus publiques lors d'une conférence, le 23 novembre 1998. (Credit: R. Williams (STScI), HDF-S Team, NASA) |
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Choisissez une galaxie, n'importe laquelle. Sur la fenêtre du haut, vous pouvez choisir parmi plusieurs galaxies lointaines sur cette image d'une très petite partie de la sphère céleste dans la constellation d'Hercule. Cette image provient du télescope Hubble. Si vous choisissez la galaxie rougeâtre entourée par le rectangle jaune, vous avez pris celle qui est à 9 milliards d’années-lumière de nous, c'est le résultat qu'a obtenu une équipe d'astronomes de l'infrarouge. Classifiée comme ERO (Extremely Red Object), cette galaxie est de l'époque à laquelle l'Univers n'avait que le tiers de son âge actuel. Le panneau du bas montre l'apparence de cette galaxie vue à travers des filtres allant de la lumière visible à gauche jusqu'à l'infrarouge à droite. La luminosité croissante de la galaxie en infrarouge comparée à celle du visible nous indique que la lumière provenant de la formation des étoiles a été rougie par les nuages de poussière présents dans la galaxie. Les astronomes estiment que cette galaxie contient environ 100 milliards d'étoiles. Elle pourrait être une jumelle de notre galaxie au début de sa formation. (Credit: J. Colbert, M. Rich, M. Malkan (UCLA), J. Frogel, S. Salim (Ohio State) HST data from R. Windhorst (ASU), W. Keel (Univ. Alabama)) 17 janvier 2002 |
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Nous vivons à l'époque où les scientifiques débattent de la nature intrinsèque de l'Univers. Mais cette année en particulier, la quête de la théorie cosmologique semble se faire à tâtons dans l'obscurité. La plupart des scientifiques admettent aujourd'hui que la matière sombre et l'énergie sombre dont les deux composantes majeures de l'Univers tout comme les chimistes l'avait fait avec l'oxygène et l'azote de l'air même si ces gaz sont invisibles. Lorsque nous aurons compris la nature des deux composantes principales de l'Univers cependant, nous ne ferons que quitter le moyen âge de la cosmologie. Il reste en effet plusieurs concepts relativement inexplorés comme les dimensions spatiales supérieures, les théories des cordes des particules élémentaires, la quintessence cosmologique et les nouvelles formes de la théorie de l'inflation cosmique qui rivalisent entre elles pour tenir un rôle important dans une théorie cosmologique plus complète. Les théories décrivant le comportement de l'air invisible ont contribué à la création des avions, du masque à oxygène et de nombreuses autres applications dont le moteur à explosion. La compréhension de la nature de la matière sombre et de l'énergie sombre pourrait nous mener à des inventions encore plus spectaculaires et utiles. La photographie présentée nous montre les plus grands télescopes optiques qui s'apprêtent à espionner l'Univers sombre et lointain, les deux télescopes Keck et le télescope Subaru. (Credit: W. M. Keck Observatory, Mauna Kea Observatory) 31 décembre 2001 |
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La galaxie irrégulière la plus rapprochée de la nôtre est la galaxie de Barnard (NGC 6822 (sur SEDS)). Elle n'est qu'à 1,8 million d’années-lumière de nous en direction de la constellation du Sagittaire et elle fait partie du Groupe local. Lorsqu'on observe cette galaxie, on regarde l'Univers tel qu'il était il y a 1,8 million d'années, bien après la disparition des dinosaures. Pourtant, les astronomes étudient les étoiles de cette galaxie pour mieux comprendre comment elles se sont formées au début de l'histoire de l'Univers. C'est parce NGC 6822 est typique des premières galaxies qui sont apparues il y a plusieurs milliards d'années. Les observations de NGC 6822 montrent plusieurs groupes d'étoiles brillantes dont celles surnommées Hubble‑X et Hubble‑V sur cette image. Sur cette photo captée par le télescope spatial Hubble, on peut voir plusieurs étoiles énergétiques qui illuminent les gaz de leur voisinage. La luminosité intrinsèque de chacune des étoiles situées au cœur de Hubble‑V est plus de 100 000 fois celle du Soleil. Les gaz de Hubble‑V s'étendent sur environ 200 années-lumière. (Credit: C. R. O'Dell (Vanderbilt) et al., L. Bianchi (JHU) et al., Hubble Heritage Team, NASA) 25 décembre 2001 |
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Peu importe dans quelle direction se porte votre regard ou peu importe le type de lumière que vous observez, le ciel brille toujours! Mais pourquoi? Les diverses sources de ce rayonnement de fond constituent des énigmes depuis longtemps, mais cette dernière année du millénaire nous a apporté quelques réponses qui éclaircissent partiellement le mystère. Les satellites Chandra et le tout nouveau XMM-Newton (lancé le 10 décembre 1999) ont réussi à distinguer plusieurs sources individuelles de rayon X dans ce qui semblait auparavant un rayonnement uniforme. Plusieurs de ces sources seraient des trous noirs supermassifs logés au centre des galaxies en train d'avaler de la matière. En micro-onde, les études BOOMERanG et MAXIMA-1 ont également observé le fond diffus cosmologique (ou rayonnement de fond cosmologique (RFC)) avec une meilleure résolution. L'étendue et la distribution des sources de RFC semblent indiquer que la courbure de notre Univers serait égale à 0, donc un univers à géométrie plane. De plus, les résultats récents obtenus de l'étude des supernovae indiquent que notre Univers serait en expansion accélérée et qu'il s'y trouve en abondance de la matière sombre ainsi que de l'énergie sombre. Un Univers bien mystérieux à vrai dire. L'image du jour est une carte d'une région du ciel s'étendant sur 10°. On peut y observer le RFC avec ses points chauds et froids sur une échelle de température en microkelvin (un micro = un millionième). (Credit: The MAXIMA Collaboration, NSF) 30 décembre 2000 |
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Ces deux ronds sont des images en micro-ondes des hémisphères nord et sud de l'équateur de notre galaxie. Ces cartes sont basées sur les données recueillies par le satellite COBE (COsmic Background Explorer) de la NASA. Les taches qu'on y voit sont les plus vieilles et les plus lointaines structures connues de l'Univers. Les couleurs des taches correspondent aux températures de notre Univers primordial. Alors qu'il prenait de l'expansion et se refroidissait, des agglomérations de matière naissaient. Ces images de COBE nous révèlent qu'à peine un million d'années après le Big Bang, qui s'est produit il y a 13,7 milliards d'années, certaines régions de l'Univers étaient plus chaudes que d'autres. En étudiant la grosseur et la distribution des zones du fond diffus cosmologique (aussi appelé rayonnement de fond cosmologique), les cosmologues essaient de trouver l'origine de ces diverses zones et de pouvoir alors déterminer la composition, la densité et le devenir de notre Univers. Les données récentes du fond diffus cosmologique nous révèlent un Univers bien plus étrange que l'image qu'on s'en était faite, plein de matière sombre et d'énergie noire. On disposera de données bien plus précises grâce au satellite MAP (Microwave Anisotropy Probe) qui sera lancé en 2001 par la NASA. (Credit: DMR, COBE, NASA) 29 octobre 2000 REPRISE du 9 mars 1997 et du 6 février 1996 |
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On assiste à une course dans la compréhension de l'Univers en étudiant le rayonnement de fond cosmologique (RFC) produit durant sa prime enfance. Des ballons expérimentaux de plus en plus précis sont utilisés afin de surpasser les futurs satellites pour la mesure des détails du rayonnement fossile constitué de la lumière émise lorsque les électrons se sont unis aux protons pour former des atomes d'hydrogène et d'hélium. L'Univers est alors devenu transparent à la lumière et à cause de son expansion cette lumière nous parvient maintenant sous forme de micro-onde, d'où le nom anglais de Cosmic Microwave Background (CMB) donné au fond diffus cosmologique (le nom maintenant employé en français pour le rayonnement de fond cosmologique). Les responsables de la mission BOOMERanG de la photo ont publié leurs résultats il y a deux semaines et ceux de l'étude MAXIMA rendent publics les leurs aujourd'hui. Les mesures prises par ces ballons semblent confirmer que la géométrie de notre Univers obéit aux axiomes euclidiens, ce qui signifie que sa courbure spatiale est plane, mais qu'il est beaucoup plus complexe que prévu. Plus tard cette année, la NASA prévoit mettre en orbite le satellite MAP1 afin d'étudier avec plus de précision le RFC. On espère pouvoir déterminer une fois pour toutes la courbure spatiale de notre Univers. (Credit: BOOMERANG Project, NSF) 9 mai 2000 1Ce satellite a été rebaptisé en 2003 WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) en l'honneur du cosmologiste David Todd Wilkinson. |
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À la fin de 1998, le télescope BOOMERanG porté par un ballon flottait dans la stratosphère au-dessus de l'Antarctique et il observait le cosmos à des longueurs d'onde millimétriques. Les structures tachetées qu'il a mesurées sont illustrées sur cette image, la plus fine jamais réalisée de l'Univers alors qu'il n'était âgé que d'environ 300 000 ans. Cette image en fausses couleurs montre le gaz chaud qui emplissait alors l'Univers avant que son expansion abaisse la température permettant ainsi la formation des étoiles et des galaxies. Les données de BOOMERanG ont convaincu plusieurs cosmologistes que notre Univers contient la quantité exacte de matière et d'énergie pour que sa courbure spatiale soit plane, ce qui constitue d'ailleurs une spectaculaire prédiction de la théorie de l'inflation d'Alan Guth qui décrit l'évolution de l'Univers pendant un minuscule laps de temps immédiatement après le Big Bang. La courbure spatiale d'un univers plat est nulle, son expansion se poursuit pour toujours et deux rayons de lumière émis parallèlement ne se rencontreront jamais. Mais il reste encore bien des énigmes à résoudre, entre autres la présence de matière noire et de l'énergie noire liée à la constante cosmologique d'Einstein. (Credit: BOOMERANG Project) 3 mai 2000 |
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L'Univers évolue! Déplacez l'image vers la gauche et admirez l'évolution de l'Univers. En fait, il s'agit d'une simulation numérique qui décrit l'évolution d'une tranche de l'Univers depuis sa naissance peu de temps après le Big Bang, il y a plus de 10 milliards d'années. En se dirigeant vers la droite (sur l'image au-dessus du texte, vers le bas sur l'autre image), on constate que l'Univers d'abord assez uniforme devient de plus en plus spongieux. Le point de rencontre à droite représente le temps présent. La tranche de l'Univers à droite est une simulation numérique nommée le Volume d'Hubble. C'est ce qu'on pourrait observer si on avait des télescopes assez puissants. En comparant les simulations numériques et les observations, nous serons peut-être capables de déterminer dans quelle sorte d'univers nous vivons. (Credit: A. Kudlicki (CAMK) & G. Evrard (Michigan) et al., The Virgo Consortium) 5 septembre 1999 Reprise du 30 juin 1998 |
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Parmi les objets célestes les moins lumineux se trouvent des objets vraiment très étranges. La très attendue image de l'étude «Hubble Deep Field South» a été rendue publique plus tôt ce mois-ci et elle nous a donné une vision unique sur une partie de l'Univers vraiment très éloignée de nous. Cette image est une partie du champ profond de Hubble Sud. Plusieurs astronomes se penchent maintenant sur les centaines de photographies prises par Hubble dans le cadre de cette étude pour y trouver des indices sur la formation des jeunes galaxies, de la courbure spatiale de l'Univers et de la présence de la matière sombre. Plusieurs des galaxies aussi pâles que celles de magnitude apparente égale à 30 de cette étude, ainsi que celle du champ profond de Hubble Nord, ont une apparence vraiment très particulière. Sur cette image, on remarque la présence d'un arc bleu autour de la galaxie située près du centre. Il s'agit sans doute d'un effet de lentille gravitationnelle produit sur la lumière provenant d'une galaxie située à l'arrière. (Credit: R. Williams (STScI), HDF-S Team, NASA) 14 décembre 1998 |
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Quelle est la galaxie la plus lointaine que l'on connaisse? La réponse à cette question ne cesse de changer, car les astronomes sont en compétition pour dénicher la galaxie qui serait en tête de liste. La galaxie qui détient maintenant le record est la petite galaxie rouge RD1 pointée par la flèche sur cette image. La lumière qui nous parvient de cette galaxie a été émise il y a des milliards d'années, bien avant que la Terre ne se forme alors que l'Univers n'avait que le dixième de son âge présent. Le décalage de cette galaxie vers le rouge est égal à 5,34 brisant ainsi la barrière du 5 pour la première fois. Ces galaxies éloignées et donc jeunes présentent un intérêt certain pour les astronomes, car leur étude peut répondre à une question fondamentale qui n'a pas encore de réponse : comment les galaxies se sont-elles formées au début de l'évolution de l'Univers? Même si cette galaxie est bien plus loin que le plus loin des quasars connus, elle est tout de même en avant de la lueur que nous percevons maintenant que nous appelons le fond diffus cosmologique ou encore le rayonnement de fond cosmologique. (Credit: Arjun Dey (Johns Hopkins U.) et al., Keck 10-m Telescope) 24 mars 1998 |
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Toutes les taches lumineuses de cette photographie prise par le télescope Hubble en 1994 sont des galaxies. Étrangement, la plupart d'entre elles sont des galaxies spirales. Ce riche amas de galaxies, classifié sous la cote CL 0939+4713, est presque à mi-chemin de l'horizon cosmologique. Des photos comme celle-ci indiquent que les amas dans le passé contenaient une fraction plus grande que de galaxies spirales que les amas plus rapprochés de nous plus riches en galaxies elliptiques. (Credit: A. Dressler (CIW), NASA) 7 décembre 1997 REPRISE du 14 janvier 1996 |
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Cette image représente-t-elle notre Univers? C'est une image générée par ordinateur de la distribution des gaz dans l'Univers il y a des milliards d'années, une époque qui correspond à un décalage vers le rouge de 3 alors que l'Univers avait seulement le quart de son âge actuel. En utilisant les superordinateurs du NCSA (National Center for Supercomputing Applications) et certaines hypothèses concernant la composition et les débuts de l'Univers, l'équipe GC3 a pu reconstruire un univers hypothétique. Cette image est un cube d'arête égal à 6 millions d’années-lumière. Les couleurs correspondent à la température des gaz. Les bosses mauves grillagées à la base du cube montrent l'abondance de l'hélium. Les petites structures de cette simulation fournissent un aperçu des structures passées et présentes du milieu intergalactique. (Credit: M. Norman (UIUC) et al., Grand Challenge Cosmology Consortium) 21 aout 1997 |
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Si vous pouviez remonter le temps et vous rendre après la naissance de l'Univers, que verriez-vous? Vous pensez que c'est impossible de remonter le temps ainsi. Détrompez-vous! Il suffit d'utiliser un puissant télescope et d'observer des galaxies très lointaines, disons à quelque 10 milliards d’années-lumière. Comme la lumière de ces galaxies a mis 10 milliards d'années à nous parvenir, nous regardons alors l'Univers tel qu'il était il y a 10 milliards d'années. Lorsque l'Univers était âgé d'environ un dixième de son âge actuel (13,8 milliards d'années), les galaxies commençaient à prendre forme. Mais, quelle était l'apparence des galaxies lorsqu'elles étaient en formation? On commence à avoir un début de réponse à cette question grâce à l'analyse de la photographie prise par le télescope Hubble des galaxies les plus lointaines observées à ce jour. La tache rougeâtre dans l'encadré est une galaxie qui est à des milliards d’années-lumière de nous avec un décalage vers le rouge z de 4,921. Les autres galaxies blanchâtres font partie d'un amas galactique relativement rapproché qui agit comme une lentille en amplifiant la lumière provenant de galaxies plus éloignées. C'est une étude complémentaire réalisée avec le télescope Keck qui a mesuré le décalage vers le rouge. (Credit: M. Franx (U. Groningen) & G. Illingworth (UCSC), WFPC2, HST, NASA) 31 juillet 1997 1 Note: dans le modèle standard de la cosmologie, cela correspond à une distance de 12,6 milliards d’années-lumière. |
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Cette image d'un groupe de galaxies peu lumineuses et très éloignées captée par Hubble est un instantané de l'Univers alors qu'il était jeune. Les galaxies bleuâtres et irrégulières de cette image sont à des distances atteignant 8 milliards d’années-lumière. Elles semblent avoir toutes subi des collisions et avoir connu des périodes d'intense formation d'étoiles. L'étude de ces galaxies éloignées est complexe parce que leur éclat est très faible. Cette étude nous fournit cependant des indices concernant la formation de notre propre galaxie, la Voie lactée. (Credit R. Windhorst and S. Driver (ASU), W. Keel (Univ. Alabama), NASA) 22 juin 1997 REPRISE du 7 septembre 1995 |
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Quelle était l'apparence de notre Univers lorsqu'il était jeune? Pour répondre à cette question, les cosmologistes utilisent de puissants ordinateurs pour simuler la position de millions de particules et ils ont produit une animation. L'image du jour provient de cette animation. L'animation à laquelle l'APOD fait référence est introuvable sur le WEB, mais le film IMAX qui utilise les images de cette animation et dont le titre n'est pas mentionné est le documentaire «Cosmic Voyage», qui est inspiré du film «Power of ten». (Credit: F. Summers (Princeton), D. Cox, R. Patterson, E. Wesselak, and B. Sanders (NCSA), L. Carpenter (Pixar), GC3, Cosmic Voyage, Smithsonian) 14 juin 1997 REPRISE du 16 février 1996 |
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Comme des bonbons de diverses couleurs, des galaxies emplissent l'image du Champ profond de Hubble (HDF). C'est à ce jour l'image en lumière visible des astres les plus éloignés. La magnitude apparente des galaxies les plus pâles est de 30, ce qui est environ 4 milliards de fois moins brillant qu'une étoile à peine visible à l'œil nu. Ces galaxies sont évidemment très éloignées de la Terre. En les observant, on voit l'Univers tel qu'il était dans un passé extrêmement lointain, sans doute moins d'un milliard d'années après le Big Bang. Pour réaliser le HDF, les astronomes ont choisi une petite région de la Grande Ourse dépourvue d'étoiles et ils ont pointé le télescope spatial Hubble sur ce point à de multiples reprises pendant plusieurs jours. Le temps d'exposition résultant de la superposition des photographies est de 240 heures. Avec chaque superposition, de plus en plus de galaxies de très faible éclat étaient révélées. On peut utiliser le HDF pour estimer le nombre de galaxies (fiche 3) que contenait le très jeune Univers et aussi explorer les mystères de son évolution à cette époque. (Credit: R. Williams, The HDF Team (STScI), NASA) 9 février 1997 REPRISE du 24 janvier 1996 |
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Quelle était l'apparence de l'Univers deux milliards d'années après le Big Bang? Selon ce modèle numérique, l'Univers était rempli d'objets irréguliers semblables à ceux de cette image. Cette simulation prédit que ces pâtés d'étoiles et de gaz sont entrés en collision pour donner naissance à des galaxies fort semblables à celles que nous observons aujourd'hui. D'ailleurs, cette simulation comporte certaines ressemblances aux récentes images de galaxies lointaines captées par le télescope spatial Hubble. La formation des galaxies est un phénomène complexe que l'on commence seulement à comprendre, mais il reste plusieurs questions sans réponses précises. Quand les galaxies sont-elles apparues dans l'histoire de l'Univers? Se sont-elles formées par l'agglomération de larges conglomérats de matière ou de plusieurs petits amoncellements? Des simulations comme celle-ci pourraient nous aider à trouver des réponses. (Credit: S. Pascarelle (Arizona State U.)) 7 septembre 1996 |
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Les mots «Snips and snails and puppy dog tails» sont tirés de la chanson enfantine «What Are Little Boys Made Of?». Les éditeurs de l'APOD ont repris ces mots en les appliquant aux galaxies : «Snips and snails and puppy dog tails, is that what galaxies were made of?». Dans une étude rendue publique hier et bientôt publiée dans la revue Nature, les astronomes ont obtenu une image d'une petite région très éloignée de l'Univers en utilisant le télescope spatial Hubble. Ils ont observé plusieurs groupes fusionnants d'étoiles et de gaz qu'ils ont surnommé des gouttes pré galactiques. Un paquet particulièrement dense de ces agglomérats bleus est visible sur cette image. Il s'agit peut-être d'un instantané de galaxies sur le point de se former. Ces agglomérats rares aujourd'hui étaient sans doute très répandus il y a plusieurs milliards d'années. Cette image appuie la théorie soutenant que les galaxies se sont formées par l'agglomération de petites entités au lieu de la fragmentation d'objets immenses. (Credit: S. Pascarell, R. Windhorst and S. Odewahn (Arizona State U.), W. Keel (U. Alabama), HST) 5 septembre 1996 |
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Les astronomes pensent que la pâle tache rouge indiquée par la flèche sur cette image est un bon candidat au titre de la galaxie la plus lointaine connue. Elle se serait formée que quelques centaines de millions d’années après le Big Bang. Cette image est tirée du Champ profond de Hubble, la région la plus éloignée du ciel à avoir été photographiée à ce jour. Cette image a été réalisée en décembre 1995 et est composée de 342 photographies. En pointant le télescope spatial Hubble pendant dix jours consécutifs sur une même région du ciel aussi petite qu’un cent vu à 25 m, les astronomes ont scruté les lointaines galaxies de cette région à la recherche d’indices sur l’apparence des galaxies et de l’Univers de ce lointain passé. On peut plus facilement voir la structure des galaxies les plus rapprochées, certaines semblent présenter la forme des galaxies elliptiques et même celle des galaxies spirales. Cependant le type des galaxies les plus éloignées, donc plus vieilles, est plus difficile à déterminer. Il faut pour y parvenir les observer dans d’autres bandes du spectre électromagnétique. Ces observations ont montré que six des galaxies les plus éloignées sont même plus distantes que les lointains quasars. (Credit: K. Lanzetta and A. Yahil (SUNY) and NASA) 28 juin 1996 |
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Quelle est la composition de notre Univers? Quelle est sa vitesse d'expansion? Quand les galaxies se sont-elles formées? Ces questions, parmi les plus importantes et les plus déroutantes pour les astronomes, pourraient fort bien obtenir des réponses grâce à un nouveau satellite. Le satellite MAP (Microwave Anisotropy Probe, renommé Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) a été conçu pour observer le fond diffus cosmologique (aussi appelé le rayonnement de fond cosmologique) avec une résolution sans précédent. WMAP enregistra la fréquence, la taille et la température de bosses 20 fois plus petites que celles étudiées par COBE. Les cosmologistes ont simulé l'apparence de ces bosses à partir de différents paramètres de leurs modèles de l'univers. Ils pourront alors comparer les résultats de WMAP avec leurs modèles, ce qui devrait produire une meilleure compréhension de la composition, de la structure et du devenir de notre Univers. Le lancement de WMAP est prévu pour l'année 2000. (Credit: MAP Team, NASA) 15 avril 1996 |
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Quel était l'aspect de l'Univers après le Big Bang? Cette excitante photographie prise par le télescope spatial Hubble est l'une des plus profondes images réalisées à ce jour et elle nous montre donc les galaxies les plus éloignées captées sur un cliché. L'Univers montré sur cette photo n'a que le tiers de son âge présent. C'était alors un endroit étrange et violent. De nombreuses galaxies interagissaient gravitationnellement et de nombreuses collisions se produisaient. D'ailleurs, plusieurs galaxies visibles sur cette photographie sont plus déformées que les galaxies rapprochées de la Voie lactée. À cette époque lointaine, plusieurs galaxies étaient en formation. Le brillant entortillement près du centre du bas de la photo est la radiogalaxie 3C324. (Credit: NASA, HST, M. Dickinson (STScI)) 15 janvier 1996 |
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Ce cube représente un morceau d'un univers simulé numériquement par le consortium Grand Challenge Cosmology (CG3). Ce cube est gigantesque, il faudrait 500 millions d'années à la lumière pour le traverser. Les régions gazeuses de faible densité sont bleues et celles de haute densité sont rouges. Au début de l'évolution de cet univers simulé, la matière et les gaz étaient distribués assez uniformément. Avec le temps, la gravité produit dans cet univers simulé des régions de plus haute densité. Cette simulation numérique repose sur l'hypothèse que le tiers de l'univers est composé de matière de déplaçant à faible vitesse, la matière sombre froide. Le deux tiers est composé de matière se déplaçant à haute vitesse, la matière sombre chaude. Les régions de haute et de faible densité produites par cette simulation sont semblables à ce que les astronomes observent dans la réalité. (Credit: G. L. Bryan, M. L. Norman, UIUC, NCSA, GC3) 8 novembre 1995 |
