Pour des milliers d'années, on s'interroge sur la bande laiteuse qui s'étend sur tout le firmament. A l'ère moderne, Galileo Galilei a découvert que cette Voie Lactée se compose d'innombrables étoiles. Cependant, ce n'est qu'au 20ème siècle que les astronomes réussirent à déchiffrer sa forme et sa vraie nature.

"Ma troisième observation concerne la nature de la Voie Lactée (...) Peu importe quelle partie de celle-ci on vise avec le télescope, on trouve un grand nombre d'étoiles, dont plusieurs sont assez grandes et très frappantes; encore, le nombre de petites étoiles est absolument insondable." Ces mots ont été écrits en 1610 par un homme qui avec son télescope auto-construit a étudié des terres inconnues qui n'étaient pas de ce monde. C'est ce travail qui lui a valu une place dans l'histoire :Galileo Galilei .

La terre qu'il a décrite est littéralement hors de ce monde, et le document porte le titre Sidereus Nuncius (« Messager étoilé »). Dedans, le mathématicien et astronome italien présente ses observations des satellites de Jupiter, la Lune de la Terre et aussi la Voie Lactée. Jusque là, leur nature était restée un mystère, et avait surtout fait l'objet de mythologie. Le philosophe grec Démocrite avait déjà affirmé au 5ème siècle avant JC que la bande rougeoyante diffuse dans le ciel - connue par les bushmen africains !Kung comme "l'épine dorsale de la nuit" - consistait en d'innombrables étoiles faibles.

Meule au firmament

Après la découverte faite par Galilée, cependant, près de 150 ans s'écouleront avant que cette structure céleste ne redevienne l'objet d'études scientifiques. Thomas Wright du comté de Durham croyait que les étoiles étaient disposées dans une région plate semblable à une meule, qui s'étendait sur tout le ciel. Pour lui, la Voie Lactée n'était rien d'autre que la projection de cette meule. Le philosophe allemand Emmanuel Kant s'est emparé de cette théorie – et a failli découvrir la vérité.

Dans son Histoire naturelle générale et théorie des cieux, publié en 1755, il a expliqué la Voie Lactée comme une couche étendue et très diluée d'étoiles. Le soleil, la Terre et toutes les autres planètes faisaient partie de cette couche, mais pas en son centre. Selon la ligne de mire, le long du plan de la couche ou verticalement hors de celle-ci, nous verrions différents nombres d'étoiles.

Mais comment les astronomes ont-ils pu découvrir si la vue apparente de la Voie lactée dans le ciel reflétait sa structure spatiale réelle ? Les statistiques stellaires élaborées à la fin du XVIIIe siècle par Friedrich Wilhelm Herschel promettaient une solution :Herschel a enregistré les coordonnées et la luminosité de toutes les étoiles qu'il pouvait voir à travers son télescope.

Cependant, l'entreprise a échoué :outre le manque de fiabilité de ces mesures - par exemple, bien qu'il ait été possible de déterminer la luminosité apparente des étoiles, il était impossible de déterminer leur luminosité absolue et donc leur distance – il y avait aussi un problème fondamental :la Voie lactée est remplie de matière interstellaire, des nuages ​​de gaz et de poussière qui absorbent la lumière des étoiles. Cela obscurcit la vue de la région centrale et rend impossible de voir la structure globale. Pour cette raison, les statistiques stellaires ne peuvent jamais englober le système dans son ensemble, mais seulement la région autour du soleil jusqu'à un rayon d'environ 10, 000 années-lumière. La percée n'a eu lieu qu'au milieu du 20e siècle, lorsque les astronomes ont appris à regarder le ciel avec des yeux différents à l'aide de radiotélescopes.

Un regard à travers des rideaux de poussière

L'hydrogène est l'élément le plus répandu dans l'univers. Dans le cadre de la matière interstellaire, l'hydrogène neutre (H1) remplit l'espace entre les étoiles, et remplit ainsi également la Voie lactée. Cela signifie que la distribution des nuages ​​d'hydrogène gazeux trace la forme de l'ensemble du système, semblable à la façon dont les os façonnent le corps humain.

Mais comment rendre visibles ces « os » cosmiques ? La réponse est apportée par le nanounivers :dans l'état fondamental de l'hydrogène, la direction de rotation du noyau atomique et l'électron qui orbite autour de lui sont antiparallèles. Si deux atomes d'hydrogène entrent en collision, la direction de rotation du noyau et de l'électron peut être inversée pour se retrouver parallèlement l'une à l'autre - et après un certain temps, ils retournent à leur état antiparallèle de base.

Ce processus libère de l'énergie, qui est rayonné comme une onde électromagnétique. Cette ligne se situe dans la portée radio du spectre électromagnétique. Malgré la densité extrêmement faible de la matière interstellaire, les atomes se heurtent constamment, faisant briller les zones H 1 à la lumière de cette raie d'hydrogène.

Ce rayonnement pénètre les rideaux de poussière presque sans obstruction et peut être capté par les radiotélescopes. Grâce à cette nouvelle fenêtre sur l'univers, les astronomes ont pu découvrir la structure en spirale de la Voie lactée. Cependant, dans les années 1970, les chercheurs ont découvert que l'hydrogène seul n'était pas suffisant comme indicateur de la morphologie de la galaxie parce que, par exemple, il est moins concentré que prévu dans les bras spiraux. La recherche a recommencé.

Bras en mouvement

L'indicateur le plus important s'est avéré être des nuages ​​de molécules interstellaires; ils émettent un rayonnement à la lumière du monoxyde de carbone (CO). Désormais, il devenait progressivement possible d'affiner le portrait de la Voie lactée. Par conséquent, la galaxie (du mot grec gala :lait) est une roue courbée, 100, 000 années-lumière de diamètre et d'une épaisseur de seulement 5, 000 années-lumière. Le moyeu de la roue avec son trou noir est entouré d'un renflement sphérique d'étoiles avec une structure en forme de cigare intégrée - une sorte de barre.

Vers 15, 000 années-lumière du centre, un anneau s'étend qui se compose également de nuages ​​de poussière et de gaz, ainsi que des étoiles. La galaxie est caractérisée par plusieurs bras. La plupart d'entre elles portent les noms des constellations stellaires dans lesquelles on les observe :les bras du Sagittaire et de Persée, les bras Norma et Scutum-Crux, les bras 3-Kiloparsec et le bras Cygnus.

Notre système solaire est situé dans le bras d'Orion, 26, 000 années-lumière du centre et presque sur le plan principal. Le système, qui contient environ 200 milliards de soleils, est entouré d'un halo sphérique contenant des milliers d'amas d'étoiles globulaires et d'une région sphérique constituée d'un plasma d'hydrogène très mince. La galaxie entière tourne, avec des objets plus proches du centre tournant plus vite, et ceux plus éloignés du centre tournant plus lentement. La courbe de cette rotation différentielle montre des irrégularités qui ne peuvent être expliquées par la seule masse visible.

Ici, il est probable que la matière noire invisible joue un rôle. Et les astronomes sont confrontés à un autre problème :malgré la rotation, les bras spiraux ne se déroulent pas, mais ont conservé leur forme pendant des milliards d'années. Une explication à cela est les ondes de choc qui se propagent dans tout le système et compactent la matière dans les bras spiraux comme un embouteillage sur l'autoroute. Les chercheurs s'interrogent encore sur les causes de ces ondes de densité.