10 Février 2016

Faut-il avoir peur de l’Espace ?

Trous noirs, magnétars, sursauts gamma, flashs de rayons X, astéroïdes… L’espace est peuplé de sacrés monstres. Pas de panique ! On les tient à l’œil.
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Etoile supergéante rouge de la constellation d'Orion : Bételgeuse. Crédits : ESO/Ill. L. Calçada.

 

Des rayons mortels venus de l’espace

Les étoiles au banc des accusés

De puissants rayonnements jaillissent dans l’espace. Ils ne sont pas l’œuvre de vaisseaux extraterrestres. Ils résultent de phénomènes astrophysiques impressionnants, mais naturels. Les étoiles finissent toutes par mourir. Et plus elles sont grosses, plus leur fin est spectaculaire. Celles qui "pèsent" moins de 1,4 fois notre Soleil gonflent puis se contractent pour devenir une naine blanche, un objet de la taille de la Terre, mais beaucoup plus dense et doté d’une température de surface très élevée, plus de 2 fois plus chaude que le Soleil. Leur mort ne fait pas trop de vagues dans l’Univers. En revanche, les plus massives disparaissent en projetant des rayons de différentes natures, des rayons X ou des rayons gamma.

L’explosion d’une étoile massive (au moins 1,5 fois  plus grosse que le Soleil) émet des flashs de rayons X, très brefs mais extrêmement puissants. Ce phénomène est ce que l’on appelle une supernova. Lorsqu’une étoile très massive (plus de 8 fois le Soleil) explose, elle génère, en plus, des rayons gamma. Cette émission brutale de gamma s’appelle un sursaut gamma. Parfois, l’étoile devient alors un trou noir stellaire. "Lorsque ce sursaut se produit dans un système à 2 étoiles en rotation serrée l’une autour de l’autre, un cas de figure très répandu dans l’Univers,  le phénomène est encore plus violent", lâche Olivier La Marle, responsable des programmes d'astrophysique au CNES.



Une étoile en fin de vie absorbe la matière de la seconde étoile d’un système binaire. Crédits : ESA/Ill. ATG medialab/C. Carreau.

Olivier La Marle. Crédits : CNES/S. Charrier.


Des rayons ravageurs

A forte puissance, les rayons X et les rayons gamma peuvent être destructeurs, mais utilisés en toute petite quantité, ils sont très utiles. Ils servent par exemple à réaliser des radiographies médicales ou pour détruire des tumeurs cancéreuses.

Lors de sa formation, le trou noir stellaire émet un sursaut gamma. Crédits : NASA.

Les flashs de rayons X et les sursauts gamma sont, eux, très puissants. Mieux vaut ne pas se trouver à proximité de leur source. La Terre est arrosée en permanence par ces rayonnements. Mais l’atmosphère, qui joue un rôle de bouclier, les arrête. Si nous n’avions plus cette protection contre les rayonnements X ou gamma et contre ceux provenant du Soleil (lire encadré plus bas), les créatures vivantes subiraient des cancers et des mutations génétiques quand ils ne seraient pas tout bonnement carbonisés. Pas de panique, il faudrait pour cela qu’une supernova ou qu’un trou noir se forme à proximité de notre planète et, qu’en plus, la Terre ait perdu son atmosphère. Ce qui n’est pas près d’arriver.

Rayons gamma et rayons X

Les rayons gamma et les rayons X sont des cousins, tous 2 sont des rayonnements électromagnétiques.

C’est arrivé loin de chez nous

Nous sommes à l’abri. Tout d’abord parce que l’atmosphère et le champ magnétique de la Terre nous protègent de la plupart des éruptions solaires et des rayonnements. Nous sommes nés sous une bonne étoile, encore jeune. Elle n’est pas prête de mourir. "Dans notre galaxie, il n’y a pas eu de supernova depuis des centaines d’années", indique par ailleurs Olivier La Marle, "il y a bien des étoiles massives, mais elles sont très jeunes et ne risquent pas d’exploser dans l’immédiat". Une quiétude bien appréciable, sauf peut-être pour les astronomes qui rêveraient d’assister à une supernova.

En effet, nos instruments parviennent uniquement à capter la lumière d’une l’étoile après son explosion. Pour observer tous ces phénomènes liés aux supernovas, on utilise surtout des satellites équipés de télescopes spatiaux, comme Integral (ESA), Swift (NASA) ou encore SVOM, projet du CNES et de l’Agence spatiale chinoise (lancement prévu en 2021). Ces satellites peuvent observer les rayons X et gamma en grande partie stoppés par l’atmosphère.



 Le satellite européen Integral capte les émissions gamma et les flashs de rayons X. Crédits : ESA.

Le Soleil, pas toujours amical

Notre Soleil est aussi une source de rayons dangereux. Non pas parce qu’il est sur le point de mourir, mais parce qu’il est proche de nous. Il nous "arrose" régulièrement de particules (le vent solaire) et de rayonnements. Lors d’éruptions solaires, il nous bombarde par ailleurs  de rayonnements électromagnétiques gamma, X et ultra-violet, de particules chargées à haute vitesse, de plasma à haute température… Toutes ces manifestations colériques sont sous haute surveillance. En 2018, la NASA et l’ESA lanceront notamment le satellite Solar Orbiter pour les observer.

Attractions dangereuses

Dans l’univers, il existe des phénomènes dont il vaut mieux se tenir écarté. Les trous noirs et les magnétars en font partie. Si on s’en approche trop, c’est la destruction assurée.

Des objets très attractifs

Lorsqu’une étoile meurt, elle se transforme en un autre objet céleste. Dans 5 milliards d’années environ, notre Soleil, par exemple, terminera en naine blanche. Rien de bien inquiétant. D’autres étoiles, les plus massives, se transforment en magnétar ou en trou noir stellaire. Des objets célestes bien plus dangereux en raison de leur champ magnétique ou de leur force d’attraction très puissants.

Un magnétar est une étoile à neutrons particulière. Les étoiles à neutrons naissent d’une supernova et sont des condensés de matière, avec une masse de un millard de tonnes pour un centimètre cube. Certaines tournent très vite sur elles-mêmes et génèrent ainsi un champ magnétique d’une puissance inouïe qui perturbe les liaisons atomiques. Un aimant sur-puissant qui secoue les molécules ! Ce sont les magnétars, des objets dont le champ magnétique est 200 000 milliards de fois plus puissant que celui de la Terre.

Un trou noir stellaire résulte d’une étoile très massive qui explose également en supernova mais dont la matière restante demeure si condensée qu’elle génère une force d’attraction phénoménale dans son voisinage proche. Si phénoménale que même la lumière ne peut s’en échapper, d’où leur aspect et leur nom.

 

Le nom magnétar provient de la contraction de « magnetic star », étoile magnétique en anglais). Crédits : NASA/Swift/Sonoma State University/A. Simonnet.

Gardons nos distances

La Voie Lactée comporte des magnétars et des trous noirs stellaires. On aurait repéré une vingtaine de magnétars, ce qui est peu de choses au vu des centaines de milliards d’étoiles de notre galaxie. Toutefois, aucun n’est suffisamment proche de la Terre pour nous exposer à son redoutable champ magnétique. Les seuls effets à craindre des magnétars sont leurs sursauts gamma. En décembre 2004, le rayonnement gamma d’un magnétar a perturbé le fonctionnement de nos satellites. Heureusement, sans conséquence grave.

Si le Soleil devenait un trou noir [...], aucun effet ne se ferait ressentir au-delà du Système solaire

Quant aux trous noirs, aucun n’est prêt à nous absorber. La portée de leur attraction est limitée. Celle d’un trou noir stellaire est d’environ 10 km et de quelques milliards de km pour un trou noir supermassif. Mais Olivier La Marle nous l’assure : "Cette distance est minime, elle est inférieure au diamètre de notre système solaire. Si le Soleil devenait un trou noir par exemple - ce qui n’est pas possible car ce n’est pas une étoile assez massive pour générer un tel phénomène -, aucun effet ne se ferait ressentir au-delà du Système solaire". Selon lui, il existe probablement des trous noirs stellaires autour de notre Système solaireEt aucun ne nous a aspirés !

Aucun risque que notre Système solaire ne finisse absorbé par un trou noir stellaire. Crédits : ESA/ATG medialab.


Chasse au rayon

Magnétars et trous noirs ont en commun d’émettre des rayonnements gamma et X. Ce sont ces rayons que captent les satellites comme les européens Integral et XMM-Newton, les engins américains Swift et Fermi Gamma-ray Space Telescope, ou encore l’Indien Astrosat, mis en orbite en septembre 2015. Pour détecter certaines émissions électromagnétiques, comme les sursauts gamma des trous noirs, il faut se trouver au bon endroit au bon moment.
Pour repérer un trou noir stellaire, par exemple, le satellite doit se trouver sur le trajet des rayons qui en jaillissent. C’est en remontant à leur source qu’il localise le trou noir.

Depuis la Terre

On peut aussi détecter un trou noir depuis la Terre, grâce à des observatoires, tels que le High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) situé en Namibie, à 1 800 m d’altitude. Cet observatoire international composé de 5 télescopes détecte les rayonnements de très haute énergie. En effet, les rayons gammas de basse énergie et les rayons X, eux, ne pénètrent pas ou peu dans l’atmosphère.

La collision avec un astéroïde

La plupart des astéroïdes évoluent entre Mars et Jupiter. Mais certains s’échappent de cette zone et croisent l’orbite de la Terre. Peuvent-ils nous percuter et détruire la planète ?

Des cailloux spatiaux

Les astéroïdes sont des cailloux. De gros cailloux parfois qui peuvent mesurer jusqu’à plusieurs centaines de km. Ils sont constitués de roches, parfois de métaux et de glace.

Ce sont des fragments de planète issus de collisions ou des résidus de matière qui ne se sont pas agglomérées en planète [...]

"Ce sont des fragments de planète issus de collisions ou des résidus de matière qui ne se sont pas agglomérées en planète à la naissance du Système Solaire", explique Olivier La Marle, astrophysicien au CNES.

Dans leur grande majorité, ces objets en orbite autour du Soleil, évoluent dans la ceinture principale d’astéroïdes, une région située entre Mars et Jupiter. Parfois, des astéroïdes sortent de cette zone parce qu’ils sont déviés par l’attraction de ces planètes ou parce qu’ils entrent en collisions entre eux. Leur trajectoire peut alors croiser celle de la Terre. On les appelle alors des géocroiseurs. Certains pénètrent l’atmosphère, ou percutent même notre sol. Leur dangerosité dépend de leur taille. Plus ils sont gros, plus ils sont menaçants.

Lutetia, un mastodonte de 100 km de diamètre, photographié par la sonde Rosetta. Crédits : ESA 2010 MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA.


Les cicatrices du passé

Chaque jour, des milliers d’astéroïdes tombent sur Terre. Mais ce sont de tous petits cailloux dont la plupart se consument en entrant dans notre atmosphère. Ce sont les étoiles filantes que l’on voit la nuit. Quand ces objets célestes touchent le sol, on les appelle météorites. Si une météorite mesurant plusieurs kilomètres frappait la Terre, l’impact serait phénoménal et les conséquences dévastatrices pour les espèces vivantes.

Notre planète a déjà vécu cette catastrophe. La disparition des dinosaures, il y a 66 millions d’années, serait due à la collision de la Terre avec un météorite de 10 km de diamètre. Ce météorite a laissé un cratère de 180 km de diamètre à Chicxulub, au Mexique. Plusieurs météorites de grandes dimensions se sont ainsi écrasés sur la Terre. Il s’en écrasera certainement d’autres à l’avenir. Mais pas sans prévenir.

Le cratère de Manicouagan au Canada mesure 100 km de diamètre. Il est visible depuis la Station Spatiale Internationale (le cercle blanc sur la photo). Crédits : ESA/NASA.


Une vraie menace ?

Les astéroïdes sont surveillés de près. On sait combien ils sont et où ils vont. Le dernier à nous avoir fait peur a été découvert en juin 2004 et baptisé Apophis, nom du dieu égyptien incarnant le Mal (c’est dire s’il nous a fichu les chocottes…). Les 1ers calculs prédisaient que ses 325 m de diamètre nous frapperaient le 13 avril 2029. Cela lui avait valu d’être classé 4 sur l’échelle de Turin (lire encadré ci-dessous). Finalement, le risque d’une collision a été écarté et il a été rétrogradé à 0 sur l’échelle de Turin.

Depuis 1995, différentes missions surveillent ces géocroiseurs. Aujourd’hui, on a recensé plus de 13 100 de ces astéroïdes. Olivier La Marle précise : "la plupart des géocroiseurs d’une taille supérieure à 140 m, le seuil considéré comme dangereux, sont identifiés".  Tous sont considérés comme inoffensifs, classés 0 sur l’échelle de Turin, selon Sentry, le système de surveillance automatisé américain de la NASA. Il n’y a pas de réel danger.

La plupart des géocroiseurs d’une taille supérieure à 140 m [...] sont identifiés

Heureusement, car aujourd’hui, nous ne disposons d’aucune solution pour éviter une collision. Tout juste savons-nous qu’il ne faudrait pas imiter Bruce Willis dans Armageddon et s’aventurer à faire exploser un géocroiseur. Cela créerait de multiples fragments potentiellement dangereux. Mieux vaut tenter de s'écarter de sa trajectoire...

 Le satellite Gaia (ESA) étudie les caractéristiques de plus d’un milliard d’objets célestes, dont des astéroïdes. Crédits : ESA/David DUCROS.

L’échelle de Turin

La dangerosité des géocroiseurs est déterminée selon l’échelle de Turin. Celle-ci comporte 10 échelons qui indiquent le risque de collision et le potentiel destructeur de l’astéroïde. L’échelon 0, c'est le risque de collision nul ou la désintégration de l’astéroïde dans l’atmosphère. L’échelon 10 indique une collision qui va se produire et qui engendrera une catastrophe climatique majeure, à l’instar de celui qui a frappé la Terre il y a 66 millions d’année et participé à l’extinction des dinosaures.