La multtitude d’étoiles, une communauté céleste

En 1609, un astronome révéla pour la première fois qu’une galaxie n’était pas une simple traînée lumineuse, mais l’assemblage d’innombrables étoiles. Cet homme, qui allait marquer durablement la physique et l’astronomie modernes, s’appelait Galilée. Avec le télescope qu’il avait lui-même mis au point, il comprit que la formation lumineuse qu’il observait depuis la Terre n’était autre que notre propre galaxie : la Voie lactée.

Plus de quatre siècles ont passé. Aujourd’hui, grâce aux progrès de l’astrophysique et à la découverte de myriades de corps célestes, l’humanité contemple un univers infiniment plus grandiose que le seul cadre du système solaire.

Notre adresse dans l’univers

De même que les humains forment des sociétés, les étoiles s’organisent en groupes. L’unité de base est la galaxie, qui rassemble des astres, des amas stellaires, des nébuleuses et de la matière noire. On estime qu’un tel système abrite en moyenne deux cents milliards de soleils, mais ce chiffre varie selon les cas : des galaxies naines, qui ne comptent que quelques dizaines de millions d’étoiles, jusqu’aux galaxies géantes, qui en renferment des trillions.

Selon leur forme, elles sont classées en spirales, elliptiques ou irrégulières. La Voie lactée, où se trouve notre système solaire, est une spirale barrée composée d’un disque, d’un bulbe galactique¹ et d’un halo galactique². Ses bras spiraux, plus riches en gaz et en poussières que la moyenne, sont des régions propices à la formation de nombreuses étoiles qu’ils abritent ensuite.

1. Bulbe galactique : partie centrale bombée d’une galaxie où les étoiles sont très denses.

2. Halo galactique : ensemble sphérique d’étoiles et de matière noire qui enveloppe le disque galactique.

Il y a un peu plus de cent ans, on pensait encore que notre galaxie représentait tout l’univers. Mais la découverte d’Andromède, située en dehors de la nôtre, a révélé que nombre d’objets célestes considérés comme de simples nébuleuses étaient en réalité des galaxies. La Voie lactée n’était donc qu’une galaxie parmi une multitude. Dès lors, une question s’impose : que trouve-t-on au-delà ?

Les galaxies, en effet, ne sont pas isolées. Elles s’unissent en ensembles plus vastes : les groupes, qui rassemblent généralement moins d’une centaine de membres, et les amas, plus imposants, pouvant en réunir des centaines, voire des milliers. La nôtre fait partie du Groupe local, aux côtés d’Andromède, de la galaxie du Triangle et d’une trentaine d’autres.

Ces groupes et amas se regroupent pour former ce que l’on appelle des superamas. Le nôtre appartient ainsi au superamas de la Vierge, lui-même inclus dans une structure encore plus vaste, le superamas Laniakea – un mot hawaïen qui signifie « ciel immense ».

Sous l’effet de la gravité, ces ensembles se concentrent par zones, créant des régions d’une densité extrême séparée par de profonds vides. Le cosmos prend ainsi une structure à grande échelle qui évoque un réseau de bulles. Les scientifiques estiment toutefois que ce que nous observons aujourd’hui n’en représente qu’une fraction.

Au cœur de cette immensité, au sein de ces gigantesques structures, notre adresse comique se situe à environ 26 000 années-lumière du centre galactique, quelque part sur la troisième planète à partir du Soleil.

Un espace incommensurable

En mai 2019, l’Institut des sciences du télescope spatial (STScl, États-Unis) a publié une image issue de seize années d’observations réalisées par Hubble, révélant 265 000 galaxies. Pourtant, cette mosaïque, qui ne couvre qu’une portion du ciel comparable à la taille apparente de la pleine lune, illustre paradoxalement un univers d’une ampleur vertigineuse.

Longtemps, on a estimé que l’univers comptait environ 200 milliards de galaxies. Mais en 2016, une équipe de l’université de Nottingham (Royaume-Uni) a démontré qu’il y en aurait en réalité dix fois plus, dont près de 90 % seraient trop lointaines ou trop faibles pour être détectée, même par les instruments les plus puissants. Face à cette immensité, l’être humain n’est pas plus grand qu’un grain de poussière, et nos unités de mesure paraissent bien dérisoires.

Pour quantifier ces étendues, les astronomes utilisent l’année-lumière, c’est-à-dire la distance parcourue par la lumière en une année dans le vide. En une seconde, un rayon lumineux file sur quelques 300 000 kilomètres, soit sept tours et demi de la Terre. Multipliez cela par 60 secondes, 60 minutes, 24 heures et 365 jours : on obtient une année-lumière, équivalant à environ 9 500 milliards de kilomètres. C’est comme effectuer 63 000 allers-retours entre la Terre et le Soleil.

Si l’on applique cette échelle à la Voie lactée, notre galaxie mesure environ 100 000 années-lumière de diamètre et contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles. Ses bras spiraux s’étendent sur quelque 5 000 années-lumière, avec une épaisseur moyenne de 2 000 années-lumière. Le Soleil, quant à lui, orbite autour du centre à 220 km/s et met environ 230 millions d’années pour accomplir une révolution complète – une « année galactique ». Ainsi, au regard de son âge (4,7 milliards d’années), notre étoile n’a réalisé qu’une vingtaine de révolutions : en années galactiques, elle a à peine vingt ans.

À titre de comparaison, la galaxie IC 1101, la plus grande connue, située à plus d’un milliard d’années-lumière, renfermerait plus de 2 000 fois le nombre d’étoiles de la Voie lactée, avec un diamètre de 4 à 6 millions d’années-lumière. Le Groupe local s’étend sur environ 6 millions d’années-lumière, l’amas de la Vierge atteint 110 millions d’années-lumière, et le superamas de Laniakea – qui regroupe près de 100 000 galaxies dont la nôtre – atteint 500 millions d’années-lumière. Quant à l’univers observable, il est évalué à 94 milliards d’années-lumière de diamètre. À la vitesse de la lumière, il faudrait environ 47 milliards d’années pour en atteindre l’un des bords.

L’évolution cosmique : rencontres et collisions

De même que les êtres humains interagissent au sein de la société, les galaxies, même dans un univers en expansion infinie, ne sont pas réparties au hasard : elles se rassemblent en communautés. C’est pourquoi elles se rencontrent, s’attirent et parfois se heurtent. À ces moments-là, les plus massives exercent les unes sur les autres des forces de marée³, qui déforment leur champ gravitationnel⁴ et modifient leur structure.

3. Force de marée : différence de l’attraction gravitationnelle exercée sur deux points d’un même corps céleste. Elle agit fortement entre la Terre et la Lune, provoquant la variation du niveau des mers, et intervient également entre galaxies en déformant leur structure.

4. Champ gravitationnel : espace autour d’un corps céleste où s’exerce la gravité.

Les collisions entre galaxies prennent des formes variées. Elles peuvent simplement se frôler, s’entrechoquer de plein fouet, ou encore voir une petite se fondre dans une plus grande. Lorsqu’elles se croisent, la gravité remodèle leur morphologie et peut engendrer des barres, des anneaux, des queues ou des ponts d’étoiles. Quand deux voisines à fort élan se rencontrent, elles se traversent sans dommage et n’altèrent que peu leur apparence. En revanche, la fusion de plusieurs spirales engendre une elliptique d’un tout autre aspect. Étonnamment, les étoiles elles-mêmes ne se percutent presque jamais, tant les distances qui les séparent sont immenses.

Un spectacle mystérieux et grandiose se joue depuis des millions d’années. Ces interactions peuvent provoquer des échanges de gaz, l’illumination des noyaux galactiques ou encore la naissance explosive de nouvelles étoiles. Lorsqu’une galaxie cesse de former des étoiles, elle finit par vieillir et s’éteindre – mais une collision peut lui redonner vie. La Voie lactée, par exemple, doit sa taille actuelle à de multiples fusions avec des naines. Ce processus continue encore aujourd’hui : environ 1 % des galaxies de l’univers sont en cours de fusion.

À seulement 2,2 millions d’années-lumière, la galaxie d’Andromède est, à l’échelle cosmique, presque une voisine immédiate. Et de même que les galaxies sont liées entre elles, l’humanité, malgré ses différences, partage une destinée commune sur cette petite planète bleue.

Au milieu des conflits d’intérêts et des circonstances changeantes, un ordre invisible régit l’ensemble. Ainsi, dans l’étendue du cosmos, les mondes célestes suivent une organisation et une harmonie qui leur sont propres. Depuis son origine, la naissance des étoiles et l’interaction des galaxies façonnent et embellissent sans cesse l’univers. Et aujourd’hui encore, au cœur de cette merveilleuse providence, nos existences poursuivent leur cours.

« Il commande au soleil, et le soleil ne paraît pas ; Il met un sceau sur les étoiles. Seul, il étend les cieux, Il marche sur les hauteurs de la mer. Il a créé la Grande Ourse, l’Orion et les Pléiades, Et les étoiles des régions australes. Il fait des choses grandes et insondables, Des merveilles sans nombre. » Job 9:7-10

« Il compte le nombre des étoiles, Il leur donne à toutes des noms. » Ps 147:4