Ogres stellaires, étoiles vampires... l'Univers est la proie de phénomènes extrêmes que dévoilent aujourd'hui les tout récents télescopes gamma. À la clé ? La naissance d'une nouvelles astronomie.

Imaginez que vous vous réveillez un matin, dans une pièce obscure. Lorsque vous allumez enfin, la salle, gigantesque, est emplie de monstres plus étranges et terribles les uns que les autres ! Ils étaient là tout autour de vous depuis le début, mais vous en soupçonniez à peine l'existence ! Voilà ce que ressentent les astrophysiciens depuis une dizaine d'années, depuis qu'ils peuvent observer dans tous ces détails l'univers des rayons X et gamma. À la clé : l'observation des phénomènes cosmiques qui mettent en jeu les plushautes énergies qui soient !

Et cela, grâce aux télescopes américains et européens lancés depuis la fin des années 1990, tels Chandra (1999), Integral (2002), Swift (2004) et Fermi (2008). Ces satellites font peu à peu la lumière sur ce domaine du spectre électromagnétique longtemps resté obscur aux yeux des scientifiques, puisqu'invisible depuis la Terre : "Les rayons X et gamma sont absorbés par l'atmosphère, explique Frédéric Piron, de l'Institut de physique nucléaire et de physique des particules de Montpellier. Il faut donc aller à leur rencontre et les cueillir dans l'espace, grâce à des satellites spécialement équipés. Mais, comme leur fabrication prend de dix à quinze ans, nous n'en sommes qu'à la troisième génération depuis le lancement des premiers, dans les années 1960." Grâce à eux, les astrophysiciens découvrent un monde violent, peuplé d'astres titanesques, qui se heurtent dans des explosions fracassantes, quand ce ne sont pas de sournois nains stellaires qui dévorent leurs compagnons...
Tout commence par une mort violente. Une étoile en fin de vie s'effondre sur elle-même et, selon sa masse, connaîtra trois destins différents. Si elle est équivalente à celle du Soleil, comme la majorité des étoiles de notre galaxie, elle se transformera en une naine blanche. Si elle est 8 fois plus massive, elle s'effondrera en étoile à neutrons (à voir les couples explosifs), un état très dense de la matière. Enfin, si c'est une géante (plus de 30 masses solaires), elle finira en trou noir (à voir les super trous noirs), stade ultime de l'effondrement d'un objet sur lui-même. De ces trois sortes de cadavres, et de leurs interactions avec d'autres étoiles encore en vie (à voir les étoiles vampires), (les compagnes des astres décédés, la plupart des étoiles vivant en couple), va naître une ménagerie cosmique aux limites de la physique, tantôt étrange, tantôt dangereusement explosive. Un bestiaire de monstres que les physiciens doivent reconstituer à partir des rayonnements X et gamma (à voir les sursauts gamma) détectés par leurs instruments.

UN LABORATOIRE À CIEL OUVERT

Et toute la difficulté réside dans ces interprétations, qui poussent souvent les théoriciens à faire preuve d'imagination. Ainsi, à la fin des années 1990, l'observation des "sursauts gamma", ces flashs intenses de lumière gamma, a montré que si les plus longs d'entre eux étaient issus d'explosions d'étoiles particulièrement violentes, des hypernovae, les plus courts ne pouvaient pas s'expliquer ainsi. Les scientifiques ont dû se creuser la tête : ce seraient deux étoiles à neutrons qui, en fusionnant, produiraient un jet de matière lancé à une vitesse proche de celle de la lumière ! Un scénario qui n'est d'ailleurs toujours pas confirmé. À l'inverse, parfois, les astrophysiciens partent d'un scénario banal et imaginent des situations extrêmes. Et si une étoile, en vieillissant, gonflait au point d'engloutir sa compagne à neutrons ? Selon Kip Thome et Anna Zytkow, deux théoriciens, la proie pourrait continuer à orbiter à l'intérieur de sa compagne ! De tels objets n'ont pas encore été observés, mais cela n'empêche pas les astrophysiciens de les chercher.
Quelquefois, c'est la physique elle-même qu'ils poussent dans ses derniers retranchements. Prenons une étoile à neutrons par exemple, si dense qu'en prélever une cuillère à café pèserait 1 milliard de tonnes ! Que se passerait-il si un tel astre s'effondrait et si les neutrons libéraient les quarks dont ils sont constitués ? Une matière nouvelle, plus dense, apparaîtrait pour envahir peu à peu l'étoile entière : la matière étrange. Son existence n'a encore jamais été prouvée, mais de telles étoiles se cachent peut-être au sein même de notre galaxie ou ont pu peupler l'Univers primordial...
Il faut dire que l'astronomie des rayons X et gamma se prête plutôt bien à l'étude de l'Univers dans sa prime jeunesse, lorsqu'il était encore très dense et très chaud. Ainsi l'explosion en sursaut gamma d'une hypernova, en avril, a battu le record de l'objet le plus lointain jamais observé : 13 milliards d'années-lumière ! Outre son caractère sensationnel, elle a confirmé l'existence d'étoiles massives moins d'un milliard d'années après le big bang. Et consolidé les théories de formation de l'Univers, selon lesquelles certaines étoiles de première génération étaient 500 fois plus massives que le Soleil.
Enfin, au-delà de l'Univers, c'est la physique entière que ces nouveaux objets de l'extrême permettent d'étudier. Les températures, les forces de gravité, ou même les vitesses en jeu y prennent des valeurs qu'on n'obtiendra jamais sur Terre. "Alors que le Large Hadron Collider [le plus grand accélérateur actuel de particules, installé près de Genève] s'échine à accélérer quelques particules, le moindre sursaut gamma en expédie des milliards à plus de 99,99 % de la vitesse de la lumière, explique Frédérick Daigne, de l'Institut d'astrophysique de Paris (IAP). Ces objets sont des accélérateurs cosmiques incroyables." On peut donc, en étudiant les particules qui nous parviennent sous forme de rayons cosmiques, en apprendre beaucoup sur la matière et ses origines. Idem pour le magnétisme : alors que sur Terre, les super-aimants les plus performants atteignent péniblement la trentaine de teslas, les magnétars, qui dégagent un champ magnétique exceptionnel, franchissent aisément la barre du milliard de teslas ! Elles sont donc le seul moyen d'observer le comportement de la matière dans des conditions aussi extrêmes.
Au final, ces monstres représentent un véritable laboratoire à ciel ouvert, l'ultime terrain où les physiciens peuvent tester leurs théories, voire en établir de nouvelles : l'accélération de l'expansion de l'Univers a ainsi été découverte en 1998 par le biais d'explosions cosmiques, les supernovae de type 1A ! Reste une question centrale : ces monstres sont-ils très répandus ou bien rarissimes ? La prospection n'en est qu'à ses balbutiements. Mais les télescopes tournent à plein régime et la relève se prépare. Ainsi SVOM (Space based multiband Variable Object Monitor), un satellite franco-chinois, au lancement prévu pour 2013, nous emmènera encore plus loin dans l'espace et le temps, en détectant des sursauts gamma issus de l'explosion des premières générations d'étoiles de l'histoire de l'Univers...