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Cosmologie et planètes extrasolaires à l’honneur du Nobel de physique

Pierre Barthélémy Et David Larousserie

Un Canado-Américain et deux Suisses ont été distingués pour des travaux qui ont modifié notre vision du cosmos

Mardi 8 décembre, le prix Nobel de physique a récompensé trois chercheurs qui font regarder différemment notre Univers. Le Canado-Américain James Peebles est un théoricien qui a posé les équations gouvernant son évolution, du Big Bang à nos jours. Quant à Michel Mayor et Didier Queloz, deux astronomes suisses, ils ont découvert la première des planètes tournant autour d’une étoile autre que notre Soleil.

Honneur à James Peebles, qui empoche la moitié des 825 000 euros du prix, les deux autres lauréats se partageant le reste. Né en 1935 à Winnipeg, « James Peebles est le grand-père de la cosmologie moderne. Il a contribué à tous les bouts de ce domaine. Ce prix était attendu et mérité », estime François Bouchet, à l’institut d’astrophysique de Paris. Formé au Canada, à l’université du Manitoba, James Peebles part pour sa thèse à l’université de Princeton, qu’il ne quittera plus. Il s’y attaquera à de grandes questions. Comment ont été créés les noyaux de matière ? Pourquoi la densité de galaxies n’est pas homogène ? Pourquoi y a-t-il de grands volumes vides dans l’espace ? L’Univers est-il plat ? « Quelles avancées particulières ai-je faites ? J’aurais beaucoup de mal à le dire. C’est le travail d’une vie », a modestement déclaré le lauréat par téléphone lors de l’annonce du prix.

Café au lait sucré

En 1964, Arno Penzias et Robert Woodrow Wilson découvrent par hasard un rayonnement, relique de ce qu’était l’Univers 400 000 ans après le Big Bang survenu il y a près de 14 milliards d’années. James Peebles, qui était dans une équipe concurrente pour découvrir ce fossile des premiers âges de l’Univers, rate donc le Nobel, attribué en 1978 pour cette découverte. Mais il se jette dans les calculs et remonte le temps grâce à ces mesures.

Il commence par en déduire la recette primordiale qui a donné naissance aux premiers noyaux d’atomes, hélium et hydrogène lourd. Il postule ensuite que le rayonnement mesuré devrait avoir d’infimes fluctuations, comme autant de grumeaux de matière qui donneront naissance aux futurs amas de galaxies. Cela ne sera observé qu’en 1992 avec le satellite COBE, dont les responsables recevront le prix Nobel en 2006. Sans lui. Mais ses équations montrent aussi que la matière ordinaire n’est pas la seule dans l’Univers, qu’elle y est même minoritaire. James Peebles imagine donc un nouveau type de matière froide et sombre qu’il complète par une énergie, dite noire.

Lors de l’annonce du prix, un membre de l’académie suédoise comparera la vision de Peebles, à celle d’un café au lait sucré. Le café serait l’énergie noire, 69 % de l’Univers. Le lait, la matière noire, 26 %. Et le sucre la matière ordinaire de nos atomes, 5 %. Belle image, sauf que la nature de l’énergie noire et de la matière sombre nous est encore totalement inconnue. Le modèle de l’Univers selon Peebles tient, mais au prix de ces grands mystères. Là encore, les observations donneront raison au lauréat avec la découverte de l’accélération de l’expansion de l’Univers en 1998, sous l’effet de l’énergie noire. Nouveau Nobel en 2011. Toujours sans lui.

Après toutes ces occasions ratées, c’est enfin au tour du théoricien, déjà lauréat des prix Crafoord et Shaw, d’être récompensé. Sur sa page de l’université Princeton, on lit ceci : « Que pouvons-nous apprendre de recherches qui sortent des sentiers battus ? Elles vérifient les idées acceptées, ce qui est toujours une bonne chose, mais il y a une chance que la nature nous ait préparé une autre surprise. »

Scepticisme

L’art de la surprise cosmique, les deux autres chercheurs que récompense ce Nobel de physique 2019 le connaissent bien. Quand, en 1995, Michel Mayor – né en 1942 – et Didier Queloz – né en 1966 –, qui est alors son thésard à l’université de Genève, annoncent avoir détecté une planète géante tournant à proximité immédiate de l’étoile 51 de la constellation de Pégase, c’est la stupéfaction pour beaucoup. A l’époque, rappelle Jean Schneider, chercheur à l’Observatoire de Paris et fondateur de l’encyclopédie des planètes extrasolaires qui compte aujourd’hui plus de 4 000 entrées, « un célèbre astronome américain, Alan Boss, avait dit que de telles planètes ne pouvaient pas exister »…

Après la publication de 51 Pegasi b, les deux Suisses se heurtent au scepticisme. Ils n’ont pas vu l’exoplanète, mais déduit sa présence en analysant les changements de vitesse qu’elle imprime à son étoile. Et si ces changements étaient simplement dus à des oscillations de l’étoile ? La suite prouvera que non mais l’histoire confirme que, « quand la science se retrouve avec une donnée qu’elle est incapable d’expliquer, on a un gros moment de flottement », souligne Xavier Delfosse, astronome à l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble. Heureusement pour Michel Mayor et Didier Queloz, d’autres équipes, notamment celle, américaine, de Geoff Marcy et Paul Butler, ont aussi commencé à collecter ces nouveaux mondes.

  • flottement: doute

La découverte de la première exoplanète, réalisée grâce à l’instrument Elodie imaginé par Michel Mayor et installé à l’Observatoire de Haute-Provence, répond tout d’abord, rappelle Jean Schneider, « à la question de la pluralité des mondes que les philosophes se posent depuis l’Antiquité, depuis Epicure, et sur laquelle Kant a beaucoup écrit ». Ensuite, elle a provoqué l’éclosion si ce n’est l’explosion d’une nouvelle branche de l’astronomie, l’exoplanétologie. Aujourd’hui, dit Xavier Delfosse, « en France, 15 % des thèses en astronomie traitent des exoplanètes ». La manière même dont nous concevons notre Système solaire et sa formation en a été profondément remaniée. Enfin, on pense désormais à l’étape suivante : la quête d’autres planètes accueillant la vie, qui passera par l’analyse des atmosphères à la recherche de cocktails de biomarqueurs.

  • éclosion
  • remaniée 修订

A l’université de Genève, la pression montait, chaque début octobre, depuis des années. Michel Mayor et Didier Queloz faisaient partie des favoris les plus évidents mais n’étaient jamais couronnés. « Il est bizarre qu’il ait fallu plus de vingt ans au Comité Nobel pour le leur donner », souligne Jean Schneider qui ajoute néanmoins dans une jolie pirouette : « Les exoplanètes c’est tellement important que ce n’est pas le prix Nobel qui les honore, c’est l’inverse… »

  • ajouter une jolie pirouette
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