La
nature des nébuleuses
L’observation des
nébuleuses
Grâce aux progrès
constants dans les moyens d’observation du ciel, les astronomes du XVIIIe
siècle se rendirent compte qu’il existait de nombreux objets diffus qu’ils
baptisèrent du nom de nébuleuse. A cette époque, l’astronome français Charles
Messier établit une liste d’une centaine de ces objets. Il leur donna les noms
bien connus de nos jour comme par exemple M31 pour la galaxie d’Andromède.
Au XIXe siècle,
William Herschel et son fils établirent une liste de plus de 5000 objets qui
devint plus tard le fameux Nouveau Catalogue Général, dans lequel la même
galaxie d’Andromède se nomme NGC 224.
Nous savons de
nos jours que ces nébuleuses ne sont pas toutes des objets de même nature. On
trouve ainsi de simples amas d’étoiles ou bien des nuages de gaz, mais aussi
des objets extérieurs à la Galaxie.
Ce sont ces derniers qui posèrent le plus de difficultés aux astronomes et qui
nous intéressent ici.
Le philosophe
allemand Emmanuel Kant, qui fut l’un des premiers à réaliser la véritable
nature de la Voie Lactée, avança en 1755 que ces nébuleuses étranges
étaient d’énormes regroupements d’étoiles, de nature semblable à la Galaxie et
situés bien au-delà des limites de cette dernière. Il les appela des
univers-îles.
En 1845,
Lord Rosse commença l’étude de ces nébuleuses à l’aide du télescope de 1,80
mètre qu’il venait juste d’achever en Irlande. Il fut alors en mesure
d’observer dans certaines d’entre elles une structure spirale très nette et en déduisit que ces
objets étaient des systèmes d’étoiles à part entière, distincts de la Voie
Lactée.
Le grand débat
entre Harlow Shapley et Heber Curtis
Au début du XXe
siècle, la communauté astronomique était divisée en deux camps, pour ou contre
l’hypothèse des univers-îles. En 1920 eut lieu un célèbre débat à Washington,
où s’affrontèrent les champions de ces deux camps.
D’un côté, on
trouvait Harlow Shapley qui
avançait que la Galaxie était énorme, d’un diamètre de 300.000
années-lumière, et pensait que les nébuleuses spirales étaient des objets
gazeux contenus dans notre Galaxie même.
En effet, les
mesures de distance de l’époque indiquaient que les Nuages de Magellan se
trouvaient aux limites de la Galaxie et en faisaient donc encore partie. Nous
savons aujourd’hui que leur distance est en fait deux fois plus grande, mais
étant donné l’incertitude des mesures de l’époque le doute était permis.
Dans l’autre camp,
le chef de file était Heber Curtis, qui ne croyait pas à la description de la
Voie Lactée par Harlow Shapley et remettait en cause la méthode des céphéides. Il pensait
que la Galaxie était relativement petite, avec un diamètre d’environ 30.000
années-lumière et que les nébuleuses étaient d’autres galaxies situées loin de
la nôtre.
Curtis s’appuyait
en particulier sur l’observation d’explosions de supernovae dans ces galaxies. Ces observations
montraient que les nébuleuses étaient effectivement formées d’étoiles, mais
aussi qu’elles étaient très lointaines étant donné la faible luminosité apparente des
supernovae.
Mais le débat de
1920 ne régla rien, aucun des participants n’étant en mesure d’apporter un
argument vraiment déterminant.
En 2011, le
télescope spatial pointe vers l’étoile V1 dans la galaxie d’Andromède, la
première céphéide dont Edwin Hubble fut en mesure de déterminer la distance en
1923. Crédit :NASA/ESA/Hubble
Heritage Team (STScI/AURA)
Edwin Hubble
En 1917 fut
inauguré le télescope de 2,50 mètres du mont Wilson en Californie. Avec cet
instrument, Edwin Hubble se mit à étudier la
nébuleuse d’Andromède et en particulier ses parties externes en 1923. Ses
plaques photographiques faisaient apparaître des myriades d’étoiles très
faibles là où ses prédécesseurs n’avaient vu que des taches diffuses. La
nébuleuse était enfin résolue en ses constituants et allait révéler sa vraie
nature.
Hubble examina un
grand nombre de plaques et découvrit peu à peu douze céphéides qui lui permettaient
d’utiliser la méthode de calcul de distance d’Harlow Shapley. Pour
chaque céphéide, il mesura la période et la luminosité apparente,
calcula la luminosité absolue à
partir de la période, et détermina ainsi la distance. Il estima en 1924
que la nébuleuse d’Andromède se situait à 900.000 années-lumière de nous,
clairement au-delà des limites de la Galaxie.
Nous savons
aujourd’hui, que la valeur réelle est de deux millions d’années-lumière, la
différence étant due au fait qu’il existe deux types de céphéides dont les
propriétés sont légèrement différentes. Le résultat de Hubble était néanmoins
correct, il prouvait que les nébuleuses étaient bien des ensembles d’étoiles à
part, d’autres galaxies semblables à la Voie
Lactée.
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