Des TITANS en convulsion…

Vous souvenez-vous de ce Blockbuster dont tout le monde (ou presque) a parlé et qui a frappé d’insomnie plusieurs milliers de personnes dans le monde ?

Pourtant, ça s’est passé il y a tout juste 130 millions d’années ! Hier, quoi. Mais comme c’était à 130 millions d’années-lumière d’ici, le spectacle ne nous est parvenu que le 17 août 2017 à 12h41, exactement. D’où son doux nom de GW170817 (GW pour Gravitational Waves). Ah ! Ça vous dit quelque chose, maintenant ?

À cet instant précis, divers observatoires terrestres et spatiaux détectent les signaux d’un évènement rarissime (à l’échelle humaine) et formidable : « Une étrange danse macabre : deux cœurs d’étoiles massives avaient spiralé l’un vers l’autre avant de fusionner à jamais, perturbant l’espace et le temps alentour et libérant une puissante bouffée de matière et de lumière. Pour la première fois, nous assistions à un spectacle son et lumière de l’Univers. » Dans les secondes, minutes, heures et jours qui ont suivi les notes et circulaires n’ont cessé de circuler d’un bout à l’autre de la planète donnant les détails des observations. Là des rayons gamma, ici des ondes gravitationnelles, « nous avons détecté une émission conjointe en rayons X ! et nous en radio ! la source est bleue ! attendez, elle devient rouge ! » C’est la frénésie, pour toujours, dans la civilisation humaine, on se souviendra de GW170817.

Et ce jour-là Kumiko en haut de son escabeau retapissait la chambre de son deuxième fils lequel jouait avec son… cordon ombilical !

Ce n’est pas très prudent de monter à l’échelle, enceinte de huit mois !...

Kumiko Kotera est née en France (de parents japonais) en 1982. Après un diplôme d’ingénieur à l’ENSTA Paris en 2005, elle soutient sa thèse de doctorat à l'Université Pierre-et-Marie-Curie en 2009 sur le thème des rayons cosmiques de haute énergie. Elle passe ensuite trois ans aux États-Unis, à l'Université de Chicago puis au California Institute of Technology, en tant que chercheuse postdoctorale. Elle obtient ensuite un poste permanent à l'Institut d'astrophysique de Paris en 2012. Elle fait partie depuis 2014 des responsables du projet Giant Radio Array for Neutrino Detection (GRAND) qui s'intéresse aux neutrinos de haute-énergie. En 2024, elle est nommée directrice de l'Institut d’astrophysique de Paris, première femme à ce poste (à seulement 42 ans !).

Je ne peux m’empêcher de commenter son portrait figurant sur sa fiche Wiki : une jeune femme au sourire malicieux et espiègle tout à fait en accord avec les traits d’humour qui émaillent son livre malgré le sérieux de son propos. J’aime !

Alors, lorsqu’elle nous dit : « J’ai la ferme intention de vous emmener bien au-delà du parsec. La suite de notre envolée dans l’Univers se fera par multiples de parsecs : nous traverserons la Voie lactée à grand renfort de kiloparsecs (1 000 pc), volerons entre les galaxies de proche en proche au rythme des mégaparsecs (1 million de parsecs) et sonderons les agglomérats de galaxies et de gaz sur des distances enivrantes, celles du gigaparsec (1 milliard de parsecs). Alors prenez ma main et allons-y. » On n’a qu’une envie, c’est de la suivre. Non pas au bout du monde, mais au bout de l’Univers ! Waouh !…

(Un rappel pour ceux qui l’aurait oublié, un Parsec est l’éloignement d’où l’on voit la distance Terre/Soleil sous un angle d’une seconde, soit environ 3,26 années-lumière ou 30,9 milliards de kilomètres ! L’étoile la plus proche, Proxima du Centaure, est située à 1,3 parsec ou 4 années-lumière – imaginez un TGV roulant à 300 000 km/s, il mettrait 4 ans pour l’atteindre !)

Au fait, vous savez ce que c’est qu’un milliard ? Quand vous aurez un moment, comptez donc les secondes, sans vous arrêter. Il vous faudra largement 11 jours pour en compter 1 million, mais… vous mettrez plus de 31 ans pour en compter 1 milliard ! Bon courage…

Oh mes amis, le Papy qui vous parle, vient de rajeunir d’au moins 70 ans d’un seul coup, grâce à Kumiko qui évoque sa jeunesse. Je m’identifie totalement à l’adolescente, à sa fenêtre, qui scrute le ciel avec ses jumelles : « Tout ce que je savais alors, c’était que la bande laiteuse dans le ciel était la tranche du disque de la Voie lactée. Lorsque je zoomais dedans avec mes jumelles, le nombre d’étoiles était vertigineux. Ce qui m’attirait dans l’astronomie, c’était avant tout ce vertige-là. » Et déjà je songe au triple coup de cœur que je vais devoir attribuer à ce bouquin !

Kumiko nous propose un an d’observation des évènements qui surviennent dans notre "petit" espace local délimité à 300 mégaparsecs cube (soit un cube d’environ 978 millions d’années-lumière de côté).

Il s’en passe des choses dans ce ciel que l’on suppose immuable ! En une année « J’ai compté pour vous : 3 721 supernovæ avec quasiment autant de pulsars associés, trois coalescences d’étoiles à neutrons, deux de trous noirs, des centaines de fusions de naines, deux sursauts de blazars, une disruption à effet de marée. » Ça se bouscule là-haut, ça s’agite… Jamais je n’aurais pensé que tant d’étoiles explosaient en supernovæ dans notre « Espace local » (quasiment une dizaine par jour !). Rien d’étonnant si notre guide passionnée est si enthousiaste :

« Rien ne me transporte plus que cette hyperactivité, ces variations extrêmes, l’impatience dans la patience, la puissance et les résonances. L’Univers violent a rejoint quelque part l’adolescente grenobloise que j’étais, et ce n’est probablement pas par hasard que je travaille sur cette thématique. À choisir, je préfère vivre peu mais beau, bref mais intense. Avec tous ces objets du ciel violent, je me sens bien accompagnée. »

Bon, aller, ne te fait pas prier, Kumiko, parle-nous de ces rayons cosmiques qui te passionnent tant :

- « Comme je vous le disais, le plus grand mystère entoure les rayons cosmiques dits de « ultrahaute énergie », qui nous parviennent avec des énergies colossales de plus de 10^20 électronvolts (eV), 100 milliards de milliards d’électronvolts, […] l’accélérateur de particules le plus puissant sur Terre, au CERN à côté de Genève, la machine la plus monumentale jamais construite par les humains, ne peut atteindre que des énergies dix millions de fois moindres. »

- Et pourquoi un si grand mystère ?

- Parce qu’on ne sait pas, avec certitude, d’où ils viennent.

- Pourquoi ?

- Parce qu’ils ne se déplacent pas en ligne droite, comme la lumière, ils sont déviés par les champs électromagnétiques de toutes sortes qui peuplent l’Univers, mais on suppose qu’ils proviennent des supernovæ, des pulsars et autres coalescences d’étoiles à neutrons et fusions de naines, etc.

- Et comment se produisent ces évènements ?

(Là, je ne vous promets pas que j’ai tout compris et tout traduit correctement, dans un soucis de simplification et de concision)

- Tout dépend de la masse de l’étoile : « Trois masses, trois destins : les étoiles finissent, selon leur masse, en naines blanches, en étoiles à neutrons ou en trous noirs. »

Pour une étoile de la taille du Soleil, les photons exercent une poussée vers l’extérieur et la pression thermique du milieu, compense la gravité qui tend à tout ramener vers le centre. Un équilibre se crée. Cette phase d’équilibre s’arrête lorsque le fioul central (l’hydrogène) est épuisé.

Sans carburant pour maintenir une pression depuis l’intérieur, ce cœur va se contracter et s’échauffer jusqu’à atteindre 100 millions de degrés. C’est suffisant pour lancer une nouvelle chaîne de réactions : la fusion de l’hélium cette fois. Des noyaux plus lourds, de carbone et d’oxygène, sont alors créés et l’énergie libérée arrose les photons alentour. Au bout d’un milliard d’années supplémentaires, le nouveau fioul (hélium) est déjà épuisé.

Le même scénario se répète : le cœur se contracte, la température augmente. Mais là s’arrête le cycle pour une étoile de la masse du Soleil. « Ne reste plus à la fin qu’une toute petite étoile, de la taille de la Terre, d’un centième de celle du Soleil : un cœur contracté, qui tient par la force de répulsion des électrons entre eux. Une naine blanche est née. »

Au-delà de huit fois la masse solaire, « le cœur réussit à atteindre une température suffisante pour amorcer la fusion du carbone. Un cycle démarre, enchaînant contractions successives du cœur, qui voit sa température augmenter, et allumage du processus de fusion, qui fabrique des noyaux de plus en plus lourds. Ce processus perdure jusqu’au fer. » Lors de l’effondrement d’une telle étoile, l’échauffement enclenche des processus nucléaires : les protons se transforment en neutrons en capturant des électrons. Le cœur, alors composé de neutrons, continue à se comprimer jusqu’à atteindre quelques dizaines de kilomètres de rayon à peine (étoile à neutrons) jusqu’à déclencher des réactions thermonucléaires, entraînant une formidable explosion : c’est la supernovæ.

« Pour les titans les plus massifs, au-delà de 30 à 40 fois la masse du Soleil, le cœur est trop lourd, les forces de gravitation trop intenses, pour qu’il soit retenu par l’interaction forte. L’effondrement se poursuit, implacable, jusqu’à engendrer un trou noir stellaire : un objet si compact et à la gravité si importante que ni matière ni rayonnement ne peuvent s’en échapper. »

Je vous recommande, tout particulièrement, la lecture du chapitre 7, « La mort des Titans ». Ignorant des subtilités de la culture nipponne, il m’est arrivé de lire des romans d’Ito Ogawa ou d’Aki Shimazaki (un peu Canadienne sur les bords, celle-ci) j’ai, alors, été frappé par la froideur du texte, l’absence de sentiment et, s’il y a poésie, elle est indiscernable dans des phrases ultra courtes et purement factuelles. Ne souhaitant pas m’éterniser au pays du Soleil levant (qui peut très bien se lever sans moi) j’ai mis tous les auteurs nippons dans le même sac et suis passé à autre chose. Bien que Kumiko Kotera soit née en France, ses parents japonais ont bien dû lui transmettre des gènes, et une culture… Eh bien, dans ce chapitre 7, point de froideur, point d’absence de sentiment, mais au contraire, une explosion de lyrisme, un tsunami de passion, un déchaînement d’enthousiasme qui conduit à la transformation de géantes rouges en étoiles à neutrons s’effondrant sur elles-mêmes en une fulgurance qui éblouit les galaxies… et les astrophysiciennes chevauchant les particules des rayons cosmiques éjectés en tous sens « Quinze ans que je rêve de chevaucher un rayon cosmique au moment de son accélération, et enfin m’y voilà. Tenez-vous bien, tout décrochement serait fatal, je vous perdrais dans les méandres de plasmas interstellaires et vous ne me rattraperiez plus… » L’aventure est fantastique, voire homérique !...

Je vous laisse découvrir la suite. Des pulsars et autres magnétars émetteurs de particules aux énergies colossales, aux sursauts gamma (« une énormité lumineuse issue des rêves les plus fous des astrophysiciens ») en passant par les trous noirs supermassifs (« des milliards de masses solaires » !) et autres blazars… l’Univers défie la raison ! (Je laisse filer les Neutrinos d’ultrahaute énergie, et les offre de très bon cœur à tous ceux et celles qui souhaitent en faire leur plat de résistance dans une apothéose de fébrilité…).

Pour ma part, je ne compte plus les livres de vulgarisation de toutes sortes que j’ai dévorés, mais comme celui-ci, je n’en avais encore jamais approché. Bien sûr c’est mon sujet de prédilection, mais la façon de l’aborder mérite amplement un giga-coup de cœur ! À l’image de l’hommage que Kumiko rend à son mentor, Jim Cronin (James Watson Cronin [1931-2016], physicien américain, prix Nobel de physique 1980) : « Jim était, je crois, un bâtisseur de cathédrale, pris dans l’échelle de temps du physicien mortel. Il avait construit avec soin toutes les fondations, et il avait légué aux suivants ses plans, ses outils, son énergie, parce qu’il était persuadé qu’un jour, quelqu’un dresserait le clocher. » Ne vous ai-je pas parlé de sentiments ?