Effondrement direct

D'après un article du journal "Le Monde" (22 novembre 2023). Science & médecine. Pierre Barthélémy 

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24 avril 1990. NASA, avec une participation de l'Agence spatiale européenne. Lancement du télescope spatial Hubble (son miroir a un diamètre de 2,4 mètres), par une navette spatiale 

Grave défaut du miroir central. Le télescope est myope. 1993. Des astronautes sont envoyés à 560 km d'altitude, pour effectuer des réparations 

Désorbitage vers 2030-2040 

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Le télescope spatial James Webb (James Webb Space Telescope. JWST). Son miroir a un diamètre de 6,5 mètres 

25 décembre 2021. Lancement par Ariane 5, depuis la base de Kourou, en Guyane française. Agences spatiales américaine, européenne et canadienne  

Positionné à 1,5 million de km de la Terre. Point de Lagrange L2. En ce point, les forces gravitationnelles du Soleil et de la Terre se compensent mutuellement. Tout objet de faible masse en ce point -tel qu'un satellite- est « maintenu en place » par l'équilibre des forces d'attraction ainsi créé 

12 juillet 2022. Premières observations  

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Le James Webb  

regarde au loin, vers les premières sources de lumière du cosmos -l'aube cosmique 

étudie l'atmosphère des exoplanètes -situées en dehors du Système solaire 

Il existe un modèle standard de la cosmologie ; il décrit l'Univers, raconte son histoire et en particulier, sa jeunesse 

-13,8 milliards d'années. Singularité initiale, "Big Bang" 

Quelques centaines de millions d'années passent 

Les galaxies se forment 

La première génération d'étoiles s'allume  

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Première, et plus importante, découverte  

Institut d'Astrophysique de Paris. CNRS. Sorbonne Université. Hakim Atek, chercheur. Cinq cents millions d'années après le Big Bang. Les galaxies massives, les plus brillantes, les plus faciles à détecter 

Les spécialistes ne s'attendaient pas à en découvrir autant. Dix à cent fois plus que la prévision du modèle 

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Commissariat à l'Énergie atomique (CEA Saclay). David Elbaz, chercheur. Le James Webb voit les objets lointains, avec une extrême finesse. Ces galaxies sont ultracompactes, par rapport aux prévisions. Dix fois plus concentrées sur elles-mêmes 

Un peu plus grosses que les amas globulaires -regroupements d'étoiles, les plus anciens et les plus massifs de l'Univers 

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Au centre des galaxies, les trous noirs géants  

Au centre de galaxies lointaines, plusieurs trous noirs ont été détectés  

David Elbaz. Si près de l'aube de l'Univers. A moins de 600 millions d'années après le Big Bang, le James Webb voit des trous noirs supermassifs 

Le modèle n'explique pas comment ces astres massifs (plusieurs millions, ou dizaines de millions, de masses solaires) ont pu se former, en si peu de temps 

États-Unis, Texas, Austin. University of Texas. Department of Astronomy. Pr. Volker Bromm. Modèle classique. Une très grosse étoile, quelques dizaines ou centaines de fois, la masse du Soleil. Fin de vie, elle s'effondre sur elle-même. La graine ; le trou noir commence  

Puis la graine attire, accrète le gaz qui l'environne et ainsi, s'accroît en masse  

Trop lent, le modèle standard de la cosmologie ne permet pas d'expliquer l'observation du James Webb 

Institut d'astrophysique de Paris (IAP). Marta Volonteri, astrophysicienne. Les modèles théoriques n'expliquent pas comment ces trous noirs, issus d'étoiles de première génération, ont pu croître et devenir des trous noirs massifs 

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La morphologie des galaxies primordiales 

Les galaxies spirales, avec un disque et des bras qui s'enroulent autour d'un noyau 

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Tel est l'aspect de la Voie Lactée -vue du dessus, elle tourne dans le sens des aiguilles d'une montre 

La galaxie spirale d'Andromède est située à 2,5 millions d'années-lumière de la Voie Lactée. Les deux galaxies sont attirées par la gravité. La coalescence (collision) se produira dans 4,6 millions d'années 

La Voie Lactée se dirige vers un point de l'Univers baptisé le "Grand Attracteur". Le centre gravitationnel du super-amas de Laniakea. Cet amas de galaxies est situé à 150 millions d'années-lumière. Il attire vers lui des centaines de milliers de galaxies  

États-Unis. Université d'État de l'Ohio. Paul M. Sutter, astrophysicien. "Nous n'atteindrons probablement jamais notre destination car, dans quelques milliards d'années, la force d'accélération de l'énergie noire détruira l'Univers" 

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James Webb. Observation : une galaxie mort-née. Assez peu de temps après sa naissance, elle ne forme plus d'étoiles  

David Elbaz. La galaxie est assez massive. Elle a formé beaucoup d'étoiles, puis s'est arrêtée 

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David Elbaz. Il existe une réponse globale qui explique ces étonnements. Les "rivières cosmiques" 

90 % des atomes sont dans un "réservoir", l'espace intergalactique 

Par une série de mécanismes de refroidissement, le réservoir intergalactique regroupe ses ressources dans des "fleuves" de matière. Ils se déversent dans des puits gravitationnels -les galaxies 

Avec cette alimentation en matière, les galaxies peuvent vite engendrer une importante quantité d'étoiles 

Des phénomènes de rétroaction (par exemple, des explosions d'étoiles, qui dispersent le gaz) régulent le rythme des naissances stellaires 

David Elbaz. Apport de matière, fabrication d'étoiles. Galaxies compactes. Production de trous noirs 

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Les observations du James Webb donnent du crédit à une théorie ancienne. L'effondrement direct 

2003. Volker Bromm et Avi Loeb, à partir de simulations numériques du quasar CR7 (trou noir supermassif, au centre d'une région extrêmement lumineuse) 

Volker Bromm. Dans certaines conditions, un nuage massif composé d'hydrogène et d'hélium, peut s'effondrer gravitationnellement sur lui-même. Sans pouvoir se fragmenter et sans former d'étoiles -car cela expulserait la majeure partie du gaz 

Le gaz se concentre dans un objet central massif. Une étoile supermassive, instable 

Elle vit pendant une centaine de milliers d'années. Puis elle s'effondre définitivement, en un trou noir 

Marta Volonteri. L'effondrement direct produit des trous noirs suffisamment massifs pour expliquer ceux détectés par le James Webb. Mais il n'explique pas leur nombre 

Un autre type de mécanisme doit être à l'œuvre 

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David Elbaz. Quant aux galaxies stériles, les filaments de matière sont semblables aux cathéters, qui apportent des nutriments à un malade. Si l'on coupe le cathéter, le patient meurt 

Dans l'Univers, des endroits sont violents. Il est possible que "le cathéter cosmique" ait été coupé 

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Le concept de fleuves cosmiques pourrait expliquer pourquoi certaines galaxies ont très tôt une forme de spirale. En déversant de la matière dans une galaxie, de manière un peu décalée, les fleuves la font ainsi tourner sur elle-même 

Il faut pouvoir détecter ses fleuves, dont l'existence s'insère dans le modèle standard de la cosmologie. Ils émettent peu de lumière -lorsque le gaz se refroidit, un rayonnement spécifique de l'hydrogène  

Un futur instrument sera en mesure de le détecter. BlueMUSE, un spectographe panoramique, optimisé pour le bleu 

Le projet a été accepté par l'Observatoire Européen Austral 

Dans quelques années, il pourrait équiper le Very Large Telescope (VLT). Chili Nord, dans le désert d'Atacama, à Cerro Paranal