Astronomie

Les astronomes font référence à toute la matière entre les étoiles comme étant de la matière interstellaire ; l’ensemble de la collection de matière interstellaire est appelée le milieu interstellaire (MIS). Une partie de la matière interstellaire est concentrée en nuages géants, chacun d’entre eux étant connu sous le nom de nébuleuse (pluriel « nébuleuses », mot latin signifiant « nuages »). Les nébuleuses les plus connues sont celles que l’on peut voir briller ou refléter la lumière visible ; on en trouve de nombreuses images dans ce chapitre.

Figure 1. Différents types de matière interstellaire : Les nébuleuses rougeâtres de cette photographie spectaculaire brillent de la lumière émise par les atomes d’hydrogène. Les zones les plus sombres sont des nuages de poussière qui bloquent la lumière des étoiles situées derrière eux. La partie supérieure de l’image est remplie de la lueur bleutée de la lumière réfléchie par des étoiles chaudes situées à la périphérie d’un énorme nuage froid de poussière et de gaz. L’étoile supergéante froide Antarès est visible sous la forme d’une grande tache rougeâtre dans la partie inférieure gauche de l’image. L’étoile se débarrasse d’une partie de son atmosphère extérieure et est entourée d’un nuage qu’elle a elle-même créé et qui reflète la lumière rouge de l’étoile. La nébuleuse rouge au milieu à droite entoure partiellement l’étoile Sigma Scorpii. (A droite d’Antarès, on peut voir M4, un amas beaucoup plus lointain d’étoiles extrêmement vieilles). (crédit : modification de travaux de l’ESO/Digitized Sky Survey 2)

Les nuages interstellaires ne durent pas toute la vie de l’univers. Au lieu de cela, ils sont comme des nuages sur Terre, se déplaçant constamment, fusionnant les uns avec les autres, grandissant ou se dispersant. Certains deviennent suffisamment denses et massifs pour s’effondrer sous leur propre gravité, formant ainsi de nouvelles étoiles. Lorsque les étoiles meurent, elles éjectent à leur tour une partie de leur matière dans l’espace interstellaire. Cette matière peut alors former de nouveaux nuages et recommencer le cycle.

Environ 99 % de la matière entre les étoiles est sous forme de gaz, c’est-à-dire qu’elle est constituée d’atomes ou de molécules individuels. Les éléments les plus abondants dans ce gaz sont l’hydrogène et l’hélium (dont nous avons vu qu’ils sont également les éléments les plus abondants dans les étoiles), mais le gaz comprend également d’autres éléments. Une partie du gaz se présente sous forme de molécules, c’est-à-dire de combinaisons d’atomes. Le 1 % restant de la matière interstellaire est constitué de particules solides et gelées, composées de nombreux atomes et molécules, appelées grains interstellaires ou poussière interstellaire (figure 1). Un grain de poussière typique est constitué d’un noyau de matériau rocheux (silicates) ou de graphite entouré d’un manteau de glaces ; l’eau, le méthane et l’ammoniac sont probablement les glaces les plus abondantes.

Si tout le gaz interstellaire au sein de la Galaxie était réparti de manière régulière, il n’y aurait qu’environ un atome de gaz par cm3 dans l’espace interstellaire. (En revanche, l’air de la pièce où vous lisez ce livre contient environ 1019 atomes par cm3). Les grains de poussière sont encore plus rares. Un km3 d’espace ne contiendrait que quelques centaines à quelques milliers de petits grains, dont le diamètre est généralement inférieur à un dix-millième de millimètre. Ces chiffres ne sont toutefois que des moyennes, car le gaz et la poussière sont répartis de manière inégale et irrégulière, un peu comme la vapeur d’eau de l’atmosphère terrestre est souvent concentrée en nuages.

Dans certains nuages interstellaires, la densité du gaz et de la poussière peut dépasser la moyenne jusqu’à mille fois ou plus, mais même cette densité est plus proche du vide que celle que nous pouvons faire sur Terre. Pour illustrer notre propos, imaginons un tube d’air vertical allant du sol au sommet de l’atmosphère terrestre et ayant une section transversale d’un mètre carré. Prolongeons maintenant ce tube de la même taille du sommet de l’atmosphère jusqu’à la limite de l’univers observable, à plus de 10 milliards d’années-lumière. Aussi long soit-il, le second tube contiendrait toujours moins d’atomes que celui de l’atmosphère de notre planète.

Bien que la densité de la matière interstellaire soit très faible, le volume d’espace dans lequel se trouve cette matière est énorme, et sa masse totale est donc substantielle. Pour comprendre pourquoi, il faut garder à l’esprit que les étoiles n’occupent qu’une infime partie du volume de la galaxie de la Voie lactée. Par exemple, la lumière ne met qu’environ quatre secondes pour parcourir une distance égale au diamètre du Soleil, mais plus de quatre ans pour aller du Soleil à l’étoile la plus proche. Même si les espaces entre les étoiles sont peu peuplés, il y a beaucoup d’espace là-bas !

Les astronomes estiment que la masse totale de gaz et de poussière dans la Voie lactée est égale à environ 15 % de la masse contenue dans les étoiles. Cela signifie que la masse de la matière interstellaire de notre Galaxie représente environ 10 milliards de fois la masse du Soleil. Il y a beaucoup de matière première dans la Galaxie pour fabriquer des générations de nouvelles étoiles et planètes (et peut-être même des étudiants en astronomie).