LES ASTRONEWS de planetastronomy

Prochaine conférence SAF. . 11 Sept 19H attention nous changeons de lieu (CNAM 292 rue St Martin Paris 3 amphi Grégoire) et de jour (en principe le deuxième mercredi du mois)

Certains peuvent recevoir en double ces news, car ils sont inscrits sur plusieurs listes. J’en suis désolé.

On se rappelle que l’astronome Edwin Hubble dans les années 1920 avait remarqué au télescope Hooker du Mt Wilson, que les galaxies s’éloignaient de nous et ceci d’autant plus rapidement qu’elles étaient lointaines.

Ceci à donné naissance à ce que l’on a appelé l’expansion de l’Univers.

Une constante, logiquement appelée Constante de Hubble (maintenant on doit dire constante de Hubble-Lemaître) et notée H₀ (sa valeur d’aujourd’hui, car H varie dans le temps très probablement) représente ce degré d’expansion. Elle est exprimée en km/s/Mpc (kilomètre par seconde par Méga Parsec, un Parsec = 3,26 années-lumière)

Le problème, dès l’origine a été la détermination exacte de cette constante, cette constante joue un rôle fondamental dans la théorie de la formation de l’Univers.

De nombreuses méthodes ont été employées afin de la déterminer exactement, notamment les deux principales :

· La méthode de mesure des Céphéides (méthode originale de Hubble, les Céphéides sont des étoiles variables pulsantes) reprise en 1990 par W Freedman et son équipe, avec les données du télescope spatial Hubble appliquée aux Céphéides du Grand Nuage de Magellan (LMC). Cela donna une valeur de 72 km/s/Mpc +/- 8

· Une méthode similaire à l’aide de Super Novae (Ia, étoiles double explosant en fin de vie, très lumineuses, servant de chandelles dans l’Univers) menant à un résultat similaire.

· Un peu plus tard Adam Riess et son équipe du STScI ont repris les mesures à base des Céphéides du LMC et ont trouvé une valeur de 74 km/s/Mpc.

· Une méthode basée sur l étude du rayonnement de fond cosmologique (CMB) d’après les données du satellite Planck donne elle la valeur de 67 km/s/Mpc

Illustration montrant les différentes étapes menant à la détermination du taux d’expansion de l’Univers.

Ces différentes échelles cosmiques comprennent d’abord les Céphéides proches, puis les supernovæ proches et enfin les supernovæ lointaines. Les SN sont beaucoup plus lumineuses que les Céphéides. Crédit : NASA/ESA/A.Feild (STScI)

Une telle différence entre 74 et 67 même minime, n’est pas compatible avec les barres d’erreur de mesures.

Il a donc été décidé de refaire des mesures de la constante avec une toute nouvelle approche, en n’utilisant pas les éléments précédents comme céphéides ou supernovæ.

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C’est toujours le professeur Wendy Freedman de l’Université de Chicago, qui s’est attelé au problème, cette fois-ci en se basant sur un type différent d’étoiles : les naines rouges situées dans des galaxies lointaines.

Ce type d’étoiles finissent leur vie en une étoile très lumineuse appelée naine rouge (le destin de notre Soleil) qui entraine ce que l’on appelle un « flash d’Hélium » très lumineux. Les astronomes sont capables de mesurer la luminosité apparente de ces flashes et de les utiliser comme étalons de distance.

Le résultat de ces mesures très récentes donne une valeur de 69,8 km/s/Mpc très proche de la valeur de Planck.

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Quelques galaxies (rangée du haut) sélectionnées par le HST afin de mesurer le taux d’expansion de l’Univers. Sa valeur est calculée par comparaison de la distance des galaxies par rapport à leur vitesse de récession due à l’expansion de l’Univers (redshift).

En comparant la luminosité apparente (celle mesurée effectivement) des géantes rouges situées dans ces galaxies, dont la distance a été déterminée par d’autres méthodes. Ces géantes rouges ayant un pic de luminosité connu, servent de chandelles standard dans l’Univers.

La rangée du bas est un zoom très poussé dans ces différents champs, les géantes rouges sont identifiées par des cercles jaunes.

Le problème tient peut-être aussi au fait qu’il est très difficile de mesurer les distances absolues dans l’Univers, mais quand même la différence semble trop importante.

Une nouvelle physique est-elle en jeu ? Nos modèles cosmologiques sont-ils incomplets ? De nouvelles particules doivent-elles être introduites ?

Il faudra certainement attendre la mise en orbite en 2020 du nouveau télescope spatial WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) pour nous permettre de procéder à de nouvelles mesures, ou même la mise en service du LSST (Large Synoptic Survey Telescope).

Oui, Artemis, la sœur d’Apollo dans la mythologie grecque, a été choisi pour représenter le nouvel effort de la NASA pour retourner sur la Lune et même au-delà.

Particulièrement opportun en cette année du cinquantenaire des premiers pas sur la Lune.

Artemis, c’est le retour des USA dans l’espace lunaire et lointain, après de nombreuses décennies d’absence.

Il faudra voir si le budget va suivre, on se souvient qu’à la grande époque d’Apollo, ce projet fou avait englouti près de 4% du PIB américain, il avait coûté près de 150 Milliards de $ (de maintenant !).

Ce projet va faire appel à un lanceur d’une classe égale ou supérieure à la Saturn 5 de Von Braun, le lanceur SLS (Space Launch System) qui reprend certains éléments de la navette voir cet ancien astronews à ce sujet.

Mais il faut aussi remplacer la capsule pour les astronautes, le remplacement du module de commande Apollo ; ce sera Orion, un Apollo sous stéroïdes comme disent les Américains.

Rappelons que le module de service accroché à Orion est fourni par les Européens, basé, sur la technologie ATV.

La NASA travaille sur tous ces éléments avec une mainmise de plus en plus forte de l’administration US. En effet, la Présidence impose presque la date de 2024 pour le retour d’astronautes US sur la Lune ?

Quand on aura toutes les réponses, on sera capable de mettre une « vraie » date pour le retour sur la Lune.

La NASA publie le profil de la mission Artemis 1 (ancien nom : Exploration Mission 1) qui doit envoyer une capsule sans astronautes autour de la Lune (à la façon Apollo 8). Date prévue : 2020 ou 2021.

La mission Artemis 2 aura le même profil mais avec 4 astronautes cette fois. Prévue en 2022 ?

La suite est encore un peu dans les limbes, en principe, il est prévu un avant-poste lunaire (appelé Gateway), qui est une mini station spatiale autour de la Lune, à un point de Lagrange. (voir article sur cette orbite particulière).

Il y aurait quelques modules permettant d’abriter des astronautes en fixe ou en provenance de la Terre.

On pourrait à partir de cet avant-poste envoyer un atterrisseur sur la Lune avec des astronautes.

Cette station devrait être internationale, c’est-à-dire que d’autres nations devraient y participer.

Comme vous le savez, la future mission Artemis va comprendre un avant-poste autour de la Lune, mini station spatiale, étape vers d’autres missions lunaires ou autres. Ce sera une base permanente et un relais de communications, mais aussi un entrepôt de stockage de consommables pour les astronautes, il pourrait même abriter des laboratoires scientifiques.

Les futurs vols d’astronautes vers la Lune s’arrêteront en fait au Gateway, où un atterrisseur lunaire les attendra pour aller vers la surface. On pense même qu’elle pourrait servir d’étape avant de partir vers….Mars !

Cette station doit être installée autour de la Lune sur une orbite la plus stable possible et surtout la plus économique possible.

Les spécialistes de la NASA et de l’ESA ont passé des mois entiers à débattre des pour et contre de différentes orbites ; ils ont finalement décidé de l’orbite choisie.

Cette station va obéir à une orbite du type en halo (analogue courbes de Lissajous) presque rectiligne ou NRHO (near-rectilinear halo orbit). Orbite liée aux points de Lagrange quasi stables L1 et L2 (situés approx à 60.000 km de la surface lunaire).

Au lieu d’orbiter la Lune sur une orbite basse, comme le vaisseau Apollo à l’époque, le Gateway va suivre une orbite très excentrique.

Au point le plus proche, il sera à 3000 km de la surface lunaire, au point le plus éloigné, à 70.000 km.

Elle est possible à cause la présence des deux points quasi stables, les points de Lagrange L1 et L2 du système Terre-Lune.

Une révolution complète sur la NRHO prend sept jours, elle permet un nombre « d’éclipses » limités, quand la station passe dans l’ombre de la Terre, important pour les panneaux solaires aussi. Sept jours semblent aussi la bonne durée pour une courte expédition lunaire, ainsi au bout de cette période le Gateway serait de nouveau à la bonne position au-dessus de la Lune.

Les Américains appellent cette orbite une orbite « angélique », car elle a la forme du halo au-dessus de la tête des anges et des saints.

Au cours du temps, cette orbite dérive un peu, et il faudra, comme pour l’ISS, l’ajuster.

Mais si cette orbite a été choisie, c’est aussi pour la faible consommation d’énergie nécessaire pour la maintenir.

Ce qui requiert le plus d’énergie, c’est de quitter l’attraction terrestre, alunir va requérir une énergie similaire dans le freinage. On peut économiser un peu de cette énergie en laissant certains éléments en orbite sur le Gateway par exemple.

On n’enverra sur la Lune que ce qui est nécessaire à partir de cet avant-poste.

Démarrage de la construction du Lunar Gateway : bonne question, merci de l’avoir posée….Peut-être 2020.

Dernière nouvelle : la NASA vient de donner le contrat de construction d’un module d’habitation du Gateway à Northrop Grumman, basé sur leur capsule Cygnus. Cette capsule a déjà été lancée une douzaine de fois vers l’ISS.

Ce module serait théoriquement prêt pour un lancement fin 2023 et un arrimage au premier élément du Gateway (si celui-ci est lancé !). La NASA fait tout pour respecter le dealine du Président Trump de 2024 pour la mise en orbite lunaire de cette station.

Rappelons que le Cygnus est basé sur le module MPLM (Multi-Purpose Logistics Module) construit par Thales Alenia Space et monté plusieurs fois sur l’ISS. Ce nouveau module baptisé Minimal Habitation Module, aura le même diamètre (3 m) que Cygnus). Ces modules pourront être lancé à l’aide d’une Atlas 5.

Après le dernier succès de Crew Dragon vers l’ISS, il ne restait plus qu’une étape à franchir pour SpaceX avant d’envoyer réellement des astronautes vers l’ISS : réussir le test d’éjection du pas de tir en cas de problème au décollage (pad abort en anglais).

Ce test s’est déroulé le 20 Avril 2019 sur le Landing Zone 1 de Cap Canaveral. Et cela a été la catastrophe !

On a reporté ce grave incident dans ces colonnes, mais à l’époque ni la NASA ni SpaceX n’ont donné d’explications satisfaisantes. On sait seulement que la capsule avait explosé à la mise à feu des moteurs SuperDraco du système d’éjection.

SpaceX vient finalement ce 15 juillet 2019 de publier un communiqué expliquant le problème.

Il faut savoir que la capsule Dragon comprend deux systèmes distincts de propulsion :

· 16 moteurs fusées Draco basse pression fonctionnant à base d’hydrazine et de NTO (Nitrogen Tetroxide Oxydizer) de poussé 400 N (approx 40 kg) pout l’orientation de la capsule dans l’espace et

· 8 moteurs fusées SuperDraco haute pression avec les mêmes ergols mais possédant une poussé beaucoup plus grande (70.000 N !) utilisés uniquement pour la procédure de sauvetage de la capsule.

C’est la mise en service de ces SuperDraco qui a provoqué l’explosion de l’ensemble.

En fait, après analyse de l’incident, on s’est aperçu que l’anomalie s’est produit environ 100 ms avant l’allumage des SuperDraco et pendant la pressurisation du système de propulsion.

Il semble bien que ce soit une valve anti-retour en Titane qui a laissé entrer le NTO dans un réservoir d’Hélium.

On n’avait pas envisagé la réaction du Titane avec le NTO à haute pression.

Cet incident a été reproduit sur plateforme de test chez SpaceX pour confirmation.

Ce genre de valve a été remplacé par un type plus sûr, un disque de rupture (burst disk).

Le prochain vol habité (Demo 2 avec Bob Behnken et Doug Hurley) est probablement retardé et n’aura pas lieu avant début 2020, après un nouveau test de la procédure de sauvetage.

On remarquera que Boeing a eu le même genre de problème avec sa capsule Starliner il y a quelques temps.

Le 25 Juillet 2019, SpaceX a enfin procédé au lancement de Starhopper (to hopp en anglais : sauter) du prototype de son futur lanceur Starship, oh, décollage bien modeste d’une vingtaine de mètres mais symbolique.

En effet il n’était retenu par aucun câble et s’est élevé de lui-même grâce à son moteur Raptor avec du méthane comme carburant, a effectué un léger déplacement horizontal et s’est posé sur son aire de lancement de Boca Chita au Texas.

C’est bien mieux que la veille où il avait commencé à prendre feu ce qui a interrompu l’essai.

Une image contenant ciel, extérieur, herbe

Description générée automatiquement

Ce lancement a mis le feu à une partie de l’aire de décollage, on le voit dans le film.

Ce prototype qui a été raillé comme étant un château d’eau (water tank en anglais) a donné l’occasion à Elon Musk de se réjouir à la fin du test avec ce tweet vengeur : Même les châteaux d’eau peuvent voler ! (Water towers *can* fly, haha!!")

Elon Musk est très confiant de voir fonctionner le véhicule orbital pour l’année prochaine.

Voici aussi une vidéo de SpaceX qui montre en plus de Starhopper, le retour des boosters de la mission Dragon CRS 18 vers l’ISS. À voir !

La 18^ème mission de ravitaillement de SpaceX vers l’ISS a été lancée le 25 Juillet 2019 depuis Cap Canaveral.

La capsule Dragon transportait quelques tonnes de fret, de nourriture et de matériel scientifique pour la Station spatiale.

De plus la capsule emporte un liquide non newtonien, le fameux « slime » pour étudier son comportement en apesanteur.

Arrimage parfait le 27 Juillet grâce au Canadarm 2, et récupération de l’étage principal sur la zone prévue au Cap.

La capsule Dragon allait pour la troisième fois dans l’espace, un record à ce jour, de plus l’étage principal volait, lui, pour la deuxième fois. Dragon doit rester accrochée à l’ISS pendant un mois.

Les différentes étapes d’atterrissage de l’étage principal. (Crédit SpaceX)

L’intérêt de cette mission tient surtout aux vidéos diffusées par Elon Musk lui-même.

En effet, on voit le retour de l’étage principal se poser au Cap et le passage du mur du son lors de la rentrée dans l’atmosphère (on entend le bang).

On découvre de plus en plus de planètes extra solaires ou exoplanètes, nos instruments deviennent plus performants et de nombreux satellites dédiés à cette recherche sont lancés, notamment Kepler qui a fait faire un bond de géant dans cette quête ; puis maintenant TESS, en attendant d’autres.

La NASA vient d’officialiser la 4000^ème exoplanète découverte, et à cette occasion, des artistes (M. Russo et A. Santaguida) ont fêté cet évènement à leur façon, ils ont publié une vidéo sur YouTube de la progression de ces découvertes au cours des dernières décennies, en fait depuis 1991.

Ils ont placé ces découvertes sur le fond du ciel, représenté par la Voie Lactée.

La Planetary Society a réussi son exploit de déployer dans l’espace une voile solaire expérimentale, lightSail-2.

En effet le CubeSat (à financement participatif, il faut le noter) contenant cette voile solaire intégré dans une boite appelée Prox-1, a été lancé le 25 Juin 2019 de Cap Kennedy en tant que minuscule membre de la charge utile du lanceur Falcon Heavy de SpaceX. Ce lanceur, c’était le troisième lancement d’une Falcon Heavy, transportait aussi 24 « objets » pour l’Armée de l’Air US dans le cadre de la mission STP-2 (Space Test Program 2).

C’est une mission particulièrement délicate avec 4 rallumages du dernier étage et 3 déploiements en orbite. Les boosters avaient déjà été utilisés lors d’une mission précédente (Arabsat 6A).

Les boosters ont été récupérés, mais le lanceur principal a encore une fois manqué la barge de récupération.

Photo d’une portion de la voile déployée, prise le 25 Juillet 2019, on reconnait le Mexique dans le fond avec la péninsule de Basse Californie.

L’engin devrait déployer sa voile solaire de 32 m² dans l’espace afin de démontrer que l’on peut utiliser ce genre de navigation dans l’espace.

C’est un grand succès, il faut maintenant voir comment cette voile va réagir, et si elle va réussir au cours du temps à élever son orbite.

· Une semaine après la mise en orbite, on ne fait rien on attend que la myriade d’autres mini satellites soit en place.

· Ensuite, la porte du CubeSat s’ouvre et un ressort lâche la voile dans l’espace.

· La voile déploie ses antennes et met son calculateur en service et donne des nouvelles de son état.

· On procède à des tests sur la condition de l’engin et on fait des photos à l’aide des deux caméras grand angle embarquées sur les panneaux solaires (situés au centre de la voile)

· 5 jours après, les panneaux solaires (sur les côtés du CubeSat) se déploient complètement

· Ensuite on commande le déploiement complet de la voile, constituée de mylar métallisé (4,5 micron) supporté par des tiges en alliages de Cobalt.

Si les calculs sont bons, tout ceci devrait permettre à l’engin d’élever son orbite.

Durée de l’expérience : un an. Ensuite il devrait progressivement brûler dans l’atmosphère.

La Planetary Society vient de confirmer que durant ces 4 derniers jours, la voile solaire avait réussi à élever son apogée de 1,7 km uniquement grace à l'action solaire. On le voit sur ce graphique.

Les vidéos prises par les deux caméras de bord, elles sont trop lourdes pour ce site, alors voici les URL :

Animation de 30 images pendant le déploiement, les 13 premières images prises avec un intervalle de 10 secondes, les autres avec 30 secondes.

Déploiement de la voile du 23 Juillet 2019, l’animation de ces 30 images est 100 fois plus rapide que la réalité.

À priori la voile solaire devrait être visible la nuit dans le ciel (voir HeavensAbove)

Mais au fait, comment ça marche une voile solaire ?

Le Soleil (et les étoiles en général) émet des photons, particules sans masse, mais énergétiques.

Une voile solaire (solar sail en anglais) utilise la pression de radiation émise par ces photons qui viennent frapper cette voile. (Analogie : le vent qui frappe les voiles d’un voilier). Attention ce n’est PAS l’action du vent solaire.

Bien entendu cette pression est extrêmement faible et dépend de la taille de la voile.

Plus la voile est grande et réfléchissante et plus la pression est importante.

Rappelons que la constante solaire est approx 1300 W/m² à 1 UA.

Comme pour une voile de bateau, on peut changer la direction en inclinant celle-ci.

Si la pression est très faible, en revanche le carburant est gratuit et inépuisable !

De nombreux projets ont déjà existé avec plus ou moins de succès : Ikaros de la JAXA, NanoSail de la NASA, Sunjammer de la NASA annulé, et de nombreux échecs de lancements.

Principe de la propulsion par pression de radiation avec voile solaire.

Le rayonnement solaire exerce une pression sur la voile due à la réflexion sur celle-ci.

Illustration : NASA/JPL

Les rayons incidents du Soleil se réfléchissent sur la voile et participent à la composante d’une force correspondant à cette pression perpendiculaire à la surface.

Cette pression peut servir à orienter la voile, en effet, si la voile est orientée de telle façon (comme sur le dessin) qu’elle est opposée à la direction du mouvement, son orbite va décroitre.

Par contre, si la voile est orientée dans la direction du mouvement, l’orbite va croitre.

On sait qu’un photon n’a pas de masse propre, il peut paraitre illusoire de parler de sa quantité de mouvement (produit de m par v pour une particule massive), mais Einstein est passé par là.

La quantité de mouvement (p) d’un photon est donnée par la relation d’Einstein (relativité restreinte) :

E² = p²c² + m²c⁴

Avec :

E = énergie

p = quantité de mouvement (momentum en anglais) (dimension MLT^-1 soit en kg.m/s)

c = vitesse de la lumière

m = masse de la particule

Pour un photon (m=0) on a : p = E/c = h n/c

La force correspondante est par définition F = dp/dt

Appliqué à un photon dans le visible, on trouve un p de l’ordre de 10^-27 kg.m/s, ce qui signifie que cette quantité de mouvement permet de faire avance une masse de 10^-27 kg sur 1 m en 1 seconde !!!

Pression de radiation au niveau de l’orbite terrestre : 4.7 x 10^-6 N/m^-2 (chiffre ESA).

Sur une voile de 1 km², la force correspondant à la pression de radiation au niveau de l’orbite terrestre serait de 4,7 Newton !

Ce n’est pas énorme, mais c’est constant 24/24, cette force diminue quand la distance au Soleil augmente (loi en 1/d²)

Une application terrestre : le radiomètre de Crookes.

L’observatoire spatial en X, Chandra (baptisé ainsi en l’honneur du célèbre astrophysicien indien Chandrasekhar, et prix Nobel de physique en 1983, a été lancé en Juillet 1999.

Pourquoi en X, car les rayons X sont absorbés par l’atmosphère terrestre et donc inaccessible aux télescopes terrestres.

Il a permis de révolutionner notre connaissance du cosmos dans ces longueurs d’onde.

J’avais écrit à l’époque un astronews sur ce télescope que je vous conseille de relire, il reprend toutes les informations nécessaires pour comprendre pourquoi ces longueurs d’onde sont intéressantes à étudier.

C’est un engin assez énorme, car la construction d’images n’est pas classique comme pour un télescope dans le visible par exemple.

Les miroirs pour étudier l'X sont très différents de ceux pour le visible, en effet les X pénètrent le miroir, leur longueur d'onde est inférieure à la distance entre les atomes !

Il faut donc des incidences très rasantes pour pouvoir espérer recueillir quelque chose.

Chandra fait en effet 14 m de long en tout ! Il a été emporté (comme Hubble) dans la soute de la navette Columbia.

C’est en 1976 que l’idée d’un télescope spatial en X est venue à Riccardo Giaconni, Prix Nobel de physique et à Harvey Tananbaum qui deviendra le premier Directeur du centre Chandra. Des décennies seront nécessaires afin de concrétiser ces idées.

Chandra est toujours en opération, les budgets étant votés jusqu’à 2024 au moins.

· Notre centre galactique avec Sag A* notre trou noir super massif, composite de Chandra (vert et bleu) et observations en radio (rouge)

· Cygnus OB2 ici une image composite de Chandra (rouge), de visible (bleu clair) et de Spitzer IR (orange)

· NGC 604 dans la galaxie M33, c’est une région de forte formation d’étoiles. Données Chandra en bleu, celles de Hubble en violet.

Chandra participe aussi à l’étude de la matière noire et de l’énergie noire.

On a tous souffert d’une vague de chaleur sans précédent fin Juillet 2019 en Europe et particulièrement en France.

Cette vague de chaleur a été vue depuis l’espace par satellite et modélisé afin de fournir la carte ci-contre.

Image correspondant au 25 Juillet 2019 indiquant le niveau des températures de l’air prises à 2 m du sol, sur une grande partie du continent européen.

Carte basée sur le modèle Goddard Earth Observing System (GEOS) établi par le GSFC

Ces températures records arrivent un mois après une première vague de chaleur en Juin.

LES MAGAZINES CONSEILLÉS :.APOLLO 11, LES ARCHIVES N° SPÉCIAL AIR ET COSMOS. (03/08/2019)

Excellente compilation de cette extraordinaire aventure qui fait le point sur tous les détails de cette époque et de ses différents acteurs.

LES MAGAZINES CONSEILLES : POUR LA SCIENCE / LA CHASSE AUX TROUS BLANCS ! (03/08/2019)

Ce numéro d’Aout 2019 de Pour la Science, nous parle notamment après de nombreux numéros sur el trous noirs, des trous blancs !!!

Les trous blancs ? Des sosies inversés des trous noirs qui expulsent la matière sans jamais en absorber. Tombés dans l’oubli, ces objets hypothétiques reviennent au goût du jour.

Le physicien Carlo Rovelli nous explique que dans le cadre de la théorie de la « gravité quantique à boucles », dont il est l’un des fondateur, les trous noirs pourraient se transformer en trous blancs par effet tunnel. Et que l’existence des trous blancs résoudrait plusieurs énigmes de l’astrophysique et de la cosmologie.

Bref, au bout du tunnel, on verrait la lumière… si toutefois ces objets étranges daignent un jour se dévoiler aux astrophysiciens.

En étudiant leurs équations censées décrire le monde réel, les physiciens découvrent parfois des solutions qui ne correspondent à rien d’observé. Puis, quelques mois ou des décennies plus tard, des chercheurs mettent en évidence un objet ou un phénomène qui est le pendant physique de la solution mathématique trouvée auparavant. Ce fut par exemple le cas avec le positron, identifié dans les rayons cosmiques en 1932. Ce sosie de l’électron, mais de charge opposée, était suggéré par l’une des solutions de l’équation que le Britannique Paul Dirac a proposée en 1928 pour tenter de décrire, en conformité avec la mécanique quantique et la relativité restreinte d’Einstein, l’électron.

Une telle prédiction théorique, suivie de la découverte correspondante, fait le bonheur des scientifiques. Cette situation n’est pas si rare et un autre exemple est celui des trous noirs. Ces objets astrophysiques dont rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper sont apparus en filigrane des équations dès l’avènement de la théorie de la relativité générale d’Einstein, vers 1915. Mais il a fallu plusieurs décennies pour que les solutions des équations soient correctement interprétées, que la notion de trou noir s’éclaircisse et que les observations astrophysiques mettent hors de doute l’existence de ces astres.

Le même scénario se reproduira-t-il avec les trous blancs, sortes de sosies inversés des trous noirs, eux aussi suggérés par les équations d’Einstein ? Tombés dans l’oubli, ces objets hypothétiques qui ne font qu’expulser de la matière et du rayonnement reviennent au goût du jour. Carlo Rovelli nous explique notamment que dans le cadre de la « gravité quantique à boucles », théorie quantique de la gravitation dont il est l’un des principaux bâtisseurs, les trous noirs pourraient se transformer en trous blancs par effet tunnel (un effet quantique connu par ailleurs). Et que l’existence des trous blancs résoudrait plusieurs énigmes de l’astrophysique et de la cosmologie. Bref, au bout du tunnel, on verrait la lumière… si toutefois ces objets étranges daignent un jour se montrer aux astrophysiciens.

Les trous blancs ? Des sosies inversés des trous noirs qui expulsent la matière sans jamais en absorber. Ces astres correspondent à certaines solutions des équations de la relativité générale et pourraient être le destin ultime des trous noirs. Leur détection ouvrirait une fenêtre inédite sur la gravitation quantique.

Le 10 avril 2019, l’humanité a admiré pour la première fois une image réelle d’un trou noir : une tache noire entourée d’un anneau brillant et déformé. Grâce à ce « cliché » obtenu par le projet Event Horizon Telescope après traitement de données observationnelles, nous avons maintenant une preuve visible et directe de l’existence de ces objets exotiques et extrêmes.

Si l’existence des trous noirs ne fait aujourd’hui guère de doute, de nombreuses décennies ont été nécessaires pour que les physiciens en soient persuadés. Les trous noirs étaient une sorte de curiosité mathématique, une des solutions possibles des équations de la relativité générale d’Einstein, mais sans existence réelle dans l’Univers. En 1972, dans son manuel Gravitation and Cosmology, le futur Prix Nobel Steven Weinberg, de l’université du Texas à Austin, qualifiait encore ces objets de « très hypothétiques ».

Les indices de leur réalité physique ont cependant fini par s’accumuler. Dans les années 1970, les radioastronomes ont détecté des sources de rayonnement électromagnétique, comme Sagittarius A* au centre de la Voie lactée, que l’on a par la suite clairement identifiées comme provenant des disques de gaz et de poussières chauffés à blanc qui s’accumulent autour des trous noirs. Deux décennies plus tard, le statut de trou noir de Sagittarius A* a été confirmé grâce à l’observation d’étoiles évoluant sur des orbites proches du trou noir, ce qui a permis d’estimer sa masse à 4 millions de masses solaires. Plus récemment, les interféromètres laser géants Ligo et Virgo ont détecté des ondes gravitationnelles, des vibrations de l’espace-temps, dont la forme correspond exactement à celle produite quand deux trous noirs tombent l’un sur l’autre en spiralant jusqu’à fusionner.

Cette histoire de la reconnaissance des trous noirs comme constituants de l’Univers pourrait se répéter avec les trous blancs. Ces astres sont des objets aussi surprenants et exotiques que les trous noirs. Comme ces derniers, ils correspondent à certaines solutions des équations de la relativité générale. Pour les décrire de façon très simple, ce sont des trous noirs évoluant à l’envers : des trous noirs dont le film de la vie serait projeté en partant de la fin. Malgré cette différence, pour un observateur extérieur à un tel astre, il est difficile de distinguer un trou blanc d’un trou noir. Les deux sont massifs et dotés d’un champ gravitationnel attractif. Ils peuvent donc tous deux soutenir un disque d’accrétion et être entourés d’objets en orbite. Mais si l’on voyait le « trou » expulser une gerbe de matière, on saurait aussitôt qu’il s’agit d’un trou blanc.

La différence serait tout aussi évidente si, d’aventure, un vaisseau spatial s’approchait du bord d’un tel astre. Dans le cas du trou noir, il pourrait y pénétrer, mais il serait alors piégé par le champ gravitationnel intense, incapable d’en ressortir. Même la lumière est incapable de fuir hors d’un trou noir, d’où son nom. À l’inverse, avec un trou blanc, le vaisseau serait incapable de pénétrer dans l’astre. Lors de son approche, il rencontrerait un flot de matière sortante et il lui faudrait une énergie infinie pour pénétrer dans le trou blanc.