Astrophysique

L'astrophysique comparée à l'astronomie historique

L'étude des objets célestes est l'une des premières disciplines scientifiques développées dans l'histoire. Une part importante de ce travail a été réalisée avec une grande rigueur scientifique et en développant des techniques qui sont encore utilisées et/ou étudiées aujourd'hui. Cependant, certaines approches de l'étude des objets de l'univers n'étaient pas scientifiques ou n'étaient pas liées à la physique. Voici quelques exemples de disciplines historiques en astronomie :

• L'astrologie : la prédiction du comportement humain et de divers modèles en corrélation avec les objets astrophysiques.
• Théologie astronomique : la recherche de la divinité, ou de ses preuves, dans l'univers.
• La musicologie astronomique : la recherche de structures musicales dans l'espace.

D'autre part, les exemples de percées historiques en astrophysique comprennent :

• La compréhension de la structure du système solaire.
• Les catalogues de positions et de distances prédites des étoiles et des galaxies.
• La compréhension de la raison pour laquelle la lumière provenant des étoiles n'est pas infinie.

L'astrophysique comparée à l'astronomie contemporaine

Aujourd'hui, les anciennes disciplines astronomiques ont perdu de leur importance en raison de leur manque de rigueur scientifique. De plus, les mesures observationnelles des orbites et des mouvements ont été considérablement améliorées, l'accent ayant été mis sur les mesures de rayonnement. Aussi, de nouvelles voies s'offrent désormais aux astronomes pour étudier des phénomènes au-delà de la physique. En voici quelques exemples :

• Biologie astronomique : l'étude des conditions de vie sur les exoplanètes et autres objets célestes.
• Géologie astronomique : l'étude des processus et des structures géologiques qui se déroulent sur différents objets de l'univers.
• Chimie astronomique : l'étude des réactions et des composés chimiques qui se produisent dans n'importe quelle partie de l'univers.

Il est évident qu'elles ne sont pas totalement indépendantes les unes des autres ni de la physique astronomique (astrophysique). Il est utile de les mentionner pour comprendre que l'astrophysique étudie la formation et l'évolution des corps célestes et des structures à grande échelle, ainsi que l'évolution du cosmos lui-même.

Quels sont les principaux outils expérimentaux en astrophysique ?

Nous allons maintenant passer en revue les caractéristiques des objets de base utilisés en astrophysique, à savoir les télescopes. Nous allons cependant élargir ce concept au-delà de celui auquel nous sommes habitués.

Les télescopes classiques et le spectre visible en astrophysique

Lorsque nous pensons à l'astrophysique et aux astronomes, nous pensons généralement à quelqu'un qui regarde le ciel à l'aide d'un télescope. Jusqu'au 20e siècle, c'était le principal outil d'observation, mis à part nos yeux. Cependant, les télescopes traditionnels ont certaines limites : ils sont soumis à des mesures humaines et au spectre visible, c'est-à-dire à la gamme de lumière que nos yeux peuvent détecter.

Bien qu'il existe encore des télescopes fonctionnant dans ces fréquences, aucun travail d'observation n'est désormais effectué par des humains regardant à travers une lentille. L'exemple le plus marquant de télescope est le télescope Hubble (nommé d'après Edwin Hubble), qui orbite autour de la terre et prend des mesures dans la région ultraviolette, la région visible et la région proche de l'infrarouge.

Le concept actuel du télescope

La lumière se présente sous différentes fréquences, dont la plupart sont invisibles. Cependant, pour recueillir des informations sur l'univers, nous devons mesurer tous les signaux possibles. Ainsi, des télescopes capables de mesurer d'autres fréquences lumineuses ont été mis au point afin d'obtenir davantage de données. Cela nous permet d'analyser ces fréquences, de développer des théories et de prédire des phénomènes dans notre univers. Essentiellement, ces télescopes sont des détecteurs de rayonnement.

Leurs caractéristiques, telles que la taille, le système d'orientation, la présence d'une lentille ou l'emplacement sur la terre ou dans l'espace extra-atmosphérique, varient considérablement car chacun sert un objectif différent, ce qui détermine ses caractéristiques de base.

En règle générale, l'observation depuis l'espace est plus précise car l'atmosphère terrestre interfère avec les signaux et les atténue. Cela dit, certains télescopes, comme ceux qui détectent les grandes longueurs d'onde, sont trop grands pour être envoyés dans l'espace, principalement en raison des coûts élevés qu'ils impliquent.

Figure 1. Radiotélescope

Pourquoi les étoiles sont-elles importantes en astrophysique ?

Au début de l'univers, les nuages de gaz composés d'hydrogène (l'élément le plus abondant dans l'univers) et de quelques autres éléments étaient ses principaux composants. Cependant, la gravité, la seule force pertinente agissant à l'échelle interplanétaire, a commencé à tout rassembler.

Lorsqu'une masse suffisante est rassemblée, un processus de fusion s'enclenche et des étoiles commencent à se former. Les étoiles sont les objets astrophysiques les plus courants et, grâce à leur processus de fusion, elles agissent comme des industries créant le reste des éléments présents dans l'univers, à l'exception de l'hydrogène et de l'hélium.

Il convient de mentionner que les nuages de gaz et d'autres éléments communément appelés "poussière de l'espace" remplissent encore la majeure partie de l'univers et continuent d'être attirés pour former de nouvelles étoiles.

Les étoiles sont essentiellement le résultat d'un conflit entre la force gravitationnelle qui tire tout vers l'intérieur et les réactions de fusion nucléaire qui se produisent à l'intérieur et qui poussent vers l'extérieur. Lorsque le combustible nucléaire s'épuise, elles peuvent se transformer en supernovas, en trous noirs, en naines blanches, etc.

Cependant, les étoiles ont une très longue durée de vie, et leur étude fournit de nombreuses informations sur la composition des galaxies et des structures plus vastes de l'univers. De nombreuses classifications complexes des étoiles ont été élaborées afin de mieux comprendre les constituants de base de notre univers à grande échelle.

La cosmologie

Pour résumer ce que nous avons passé en revue jusqu'à présent, l'astrophysique est une branche très expérimentale de la physique qui procède par l'observation de données. La collecte de données pour construire de meilleurs modèles de l'univers et de ses composants est un processus continu qui génère sans cesse des progrès dans les aspects techniques, tels que les télescopes (optique) et le traitement des signaux.

La cosmologie est l'étude de l'histoire de l'univers, en commençant par les toutes premières secondes, mais elle tente également de prédire son avenir. Elle est bien sûr alimentée par les preuves recueillies par les astrophysiciens, mais elle fait appel à de nombreux modèles théoriques, tels que la relativité générale (concernant l'expansion de l'univers ou les trous noirs) ou la physique quantique (concernant les premières secondes de l'univers ou, encore une fois, les trous noirs).

Avec l'apport expérimental d'autres disciplines, telles que la chimie, la physique et les mathématiques, l'objectif principal de la cosmologie est d'adapter l'image actuelle donnée par l'astrophysique en tant que description observationnelle à l'intérieur du tableau plus vaste de la façon dont tout a été, est et sera.