COSMOLOGIE et CATACLYSMES
Selon l’état actuel des connaissances admises
Quelques repères
La Terre est à environ 150 millions de Km du Soleil .
Le Soleil a un diamètre d’environ 1,4 Million de Km, une température centrale de 15 Millions de degrés et une température de surface de 5.500 degrés. Un volume de 1 L de Soleil pèse 1,4 Kg en moyenne.
Le Soleil est une petite étoile pas très chaude et à vie longue (environ 10 Milliards d’année), dont la moitié serait écoulée; Il est au bord d’un bras de la Galaxie à environ 2/3 de son rayon.
L’année lumière (A.L.) correspond à une distance de 9,5 Millions de Millions de Km.
La Galaxie comporte environ 100 Milliards d’étoiles, a un diamètre de 100.000 A.L. et le Soleil fait le tour du centre en environ 250 Millions d’années. La Galaxie fait partie d’un groupe d’une vingtaine de galaxies (groupe local) comprises dans un volume de 12 Millions d’A.L. de diamètre, dont la galaxie d’Andromède à 2,2 Millions d’A.L.. Notre Galaxie et la galaxie d’Andromède entreront en collision dans quelques milliards d’années, car elles se rapprochent à 500.000 Km/h.
L’Univers contient plusieurs centaines de Milliards de galaxies, réparties par groupes et en filaments cosmiques. Il y a peut-être d’autres univers avec lesquels le notre ne peut communiquer.
Les cataclysmes se manifestent à au moins 3 échelles, qui sont : l’échelle des étoiles, l’échelle des galaxies et le Big-Bang.
Il y a 13,8 Milliards d’années, une sorte de méga-explosion (Big Bang), a commencé la Création de l’Univers à partir d’un point à température infinie. Depuis, l’Univers n’a cessé de grandir et de se refroidir, mais à un rythme qui n’a pas été constant, et qui parait maintenant en accélération pour une raison inconnue.
Cette Création a commencé par celle d’atomes d’hydrogène, et d’hélium, à partir des constituants élémentaires (rayonnements, protons, neutrons, électrons etc.). Cette recombinaison a duré environ 300.000 ans, et l’univers a cessé d’être opaque, les photons pouvant se propager.
Puis l’Univers a progressivement cessé d’être sombre (en 1 Milliard d’années), à la suite de la formation d’étoiles initiales à partir des gaz primordiaux, par compression gravitationnelle de masses pouvant représenter chacune 100 soleils.
Les galaxies :
Ces étoiles initiales de courte vie se sont groupées en galaxies elliptiques initiales sans bras, commençant à tourner lentement
Ces galaxies initiales ont grossi en récupérant d’autres matières, et toutes ont un trou noir énorme dans leur centre. Certains spécialistes pensent que le trou noir était là avant la galaxie. L’énergie produite par la compression terrible des matières autour du trou noir, s’est libérée en très puissantes ondes radio émises en faisceau relativiste étroit (Quasars).
Ces quasars sont détectés en radio, et parfois vus en optique. Ils montrent des décalages spectraux énormes (allant jusqu’à 6,7), ce qui en fait les objets primordiaux les plus lointains.
Généralement cette activité radio a disparu depuis dans les galaxies moins lointaines, qui se sont « assagies » par manque de gaz à comprimer, mais certaines galaxie restent cependant « actives » (Seyfert).
Les galaxies elliptiques initiales ont subi des collisions entre elles, ce qui les a fait devenir spirales . Après collision elles redeviennent progressivement elliptiques, avant de subir une autre collision etc. ; A chaque cycle la masse s’accroît beaucoup.
. Les bras des galaxies vont en s’enroulant (sauf exception) et les galaxies ne tournent pas d’un bloc, mais à des vitesses tangentielles presque constantes.
Autour de chaque galaxie existe un halo d’étoiles éjectées, et d’amas globulaires contenant chacun des millions d’étoiles primordiales.
Aux dernières nouvelles, la théorie des cordes dans un espace à 11 dimensions, est devenue la théorie des membranes. Ces membranes seraient les frontières d’univers multiples, ne pouvant pas communiquer et pouvant être dotés de constantes physiques différentes. Quand les membranes de deux univers se toucheraient, cela déclencherait un Big-Bang.
90% de la matière de l’univers n’est pas visible, et il existe une énergie du vide (inconnue) qui accélère l’expansion de l’univers .
Les théories actuelles peuvent être soupçonnées, car des paradoxes forts persistent.
Dans l’univers, des masses énormes ( parfois invisibles) courbent localement l’espace. En conséquence les rayons lumineux passant à proximité sont « cintrés » et nous paraissent venir d’une autre direction que la vraie. C’est pourquoi on voit des portions de cercles lumineux entourant un centre souvent invisible( dans la direction duquel se trouve la masse). Ces portions de cercles sont des images très déformées d’objets cosmiques beaucoup plus lointains que l’on ne peut voir autrement.
La formation d’une étoile commence par la concentration de matières constituant un nuage opaque dans une galaxie. Ce nuage est constitué principalement de matières éjectées antérieurement par d’autres étoiles, dont des matières organiques. Par gravité ces matières finissent par former une sorte de boule d’accrétion, après la perturbation d’une onde de choc due à l’explosion d’une étoile, et produisant une hétérogénéité du nuage. Le centre est de plus en plus dense et la compression centrale provoque l’élévation de la température, jusqu’au moment où, après quelques péripéties, elle est suffisante pour que s’amorcent les réactions thermonucléaires et que s’allume le cœur de l’étoile. Cet allumage provoque une sorte de spasme de la proto-étoile qui éjecte alors dans l’espace une partie de la masse de son manteau, surtout si l’étoile est grosse.
A partir de cet allumage, les réactions thermonucléaires consomment de l’hydrogène pour le transformer en hélium. Quand l’hydrogène s’épuise, la température du cœur augmente et l’hélium lui aussi est transmuté, puis la température augmente encore avec la transformation du carbone, de l’oxygène et du néon. A mesure que la température du cœur augmente, il devient plus petit et l’étoile grossit avec une température de surface qui baisse, au point qu’elle devient rouge.
A ce stade, les étoiles les plus massives sont si grandes que l’orbite de Mars serait largement contenue dans leur volume. La température du cœur peut atteindre 170 millions de degrés, et l’étoile, dont la densité est très faible, devient instable et se met à émettre des bouffées de matières. Cette instabilité est le prémisse de la catastrophe qui finit par intervenir, et que l’on peut voir comme une nova ou une supernova et une nébuleuse planétaire.
Ce cataclysme stellaire est la conséquence de l’effondrement du cœur de l’étoile, qui n’est plus soutenu par une pression de radiation suffisante, car l’énergie des réactions thermonucléaires est trop faible par manque de combustibles.
Le cœur s’effondre à une vitesse de 70 Km/s, et sa température s’élève jusqu’à 5 Milliards de degrés (ou plus), pendant un flash de quelques dixièmes de seconde. Pendant ce flash se font les transmutations produisant les atomes lourds que nous connaissons sur Terre. Ce flash gigantesque produit une onde de choc qui propulse les restes de l’étoile dans l’espace, en bousculant les gaz des bouffées émises du temps de l’instabilité. C’est pourquoi l‘espace est plein de gaz et de poussières, et contient des atomes lourds et des molécules. Les atomes cosmiques forment notre corps, ainsi que tout ce qui nous entoure.
Les modalités de mort d’une étoile dépendent de sa masse et de sa richesse en éléments lourds, et ne sont donc pas toujours aussi violentes. Le cataclysme se nomme nova ou super-nova, selon la masse initiale de l’étoile, qui détermine l’intensité du cataclysme.
Après le cataclysme il reste une étoile dégénérée (naine blanche ou à neutrons) ou un trou noir, des nébulosités en expansion rapide (nébuleuses planétaires), et des rayonnements très énergétiques.
Les étoiles ont une durée de vie d’autant plus courte qu’elles sont massives et donc chaudes, et elles sont d’autant plus anciennes qu’elles sont pauvres en éléments lourds.
Une ETOILE NAINE BLANCHE pèse en moyenne 500 Kg/cm3, avec un maximum de 16 T/cm3 au centre. La température de surface est d’environ 20.000° à 150.000°. Plus une naine blanche est massive, plus elle est PETITE et chaude, et plus elle tourne vite. Le diamètre est de l’ordre du diamètre terrestre seulement. L’étoile perd peu à peu son énergie dans l’espace, et comme elle n’a pas de source d’énergie, elle se refroidit et devient sombre et froide (en gardant sa rotation) en quelques milliards d’années. Au delà d’une masse de 1,4 soleils (Chandrasekhar), une naine blanche devient une étoile à neutrons (ci-après).
Une ETOILE A NEUTRONS est en rotation rapide (0,001 s à quelques secondes), et son champs magnétique est extrêmement intense. Sa masse est comprise entre 1,4 et 8 masses solaires et sa densité est de 500 millions de tonnes / cm3. Son périmètre est de l’ordre de 60 Km, et est d’autant plus PETIT qu’elle est massive (la notion de diamètre n’existe pas). Sa surface est une croûte solide très lisse de 1 Km d’épaisseur, à une température de l’ordre de 1 million de degrés. Sous la croûte la matière doit être fluide (ou super-fluide), et sa résistance électrique nulle. La rotation rapide et l’intensité du champs magnétique, produisent un double jet relativiste dans l’axe magnétique, ce jet tournant autour de l’axe de rotation de l’étoile (Pulsar). De temps en temps, par suite de la consommation d’énergie, se produit une cassure de croûte diminuant le diamètre et la période de rotation. A long terme l’étoile à neutrons produit une masse froide inférieure et sans rotation ni jet, le jet ayant épuisé l’énergie cinétique et magnétique.
Un TROU NOIR est une étoile à neutrons de plus de 8 soleils qui s’est effondrée, et dont la masse s’est concentrée en un point de densité infinie. La déformation de l’espace est telle que la lumière est piégée à l’intérieur d’un petit volume ; La limite de ce volume s’appelle « horizon du trou noir ». L’horizon d’un trou noir de masse solaire (si il pouvait exister), ne ferait que 3 Km de diamètre. Les phénomènes violents se passant autour d’un trou noir sont perceptibles, ainsi que la déformation relativiste de l’espace à proximité. La masse d’un trou noir n’a pas de limite, et il semble que certains correspondent à plusieurs milliards de masses solaires dans le centre de galaxies dites « actives ».