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Voyage au centre de la Galaxie

Du 8 mai au 28 juin - Hall de l'espace, entrée gratuite.

"Voyage au centre de la Galaxie" est une exposition temporaire proposée par le Service d’Astrophysique du CEA, en partenariat avec le CNES, au Musée de l’Air et de l’Espace dans le cadre de l’Année Mondiale de l’Astronomie 2009 (AMA09).

Elle est conçue comme un voyage en images à travers la Galaxie au cours duquel le visiteur découvrira la diversité des astres (nuages sombres, nébuleuses, amas d’étoiles, étoiles exotiques..) et les différents stades de l’évolution des étoiles.
L’itinéraire qu’emprunte le visiteur comprend dix étapes qui, telles les stations d’une ligne de métro imaginaire, le mène de la planète Terre au centre même de notre Galaxie, qui renferme un gigantesque et spectaculaire trou noir.

Chaque escale est illustrée par les images astronomiques les plus récentes, obtenues en grande partie par des satellites en orbite autour de la Terre dont les capteurs couvrent les différentes gammes du rayonnement lumineux (infrarouge, rayons X, gamma...).

L’exposition associe aux images les instruments ayant permis de les obtenir (modèles de rechange d’instruments scientifiques en tout point similaires à ceux satellisés, maquettes à échelle réduite de satellites astronomiques les plus récents, etc.), donnant ainsi au visiteur un aperçu des technologies mises au service de l’astronomie moderne.

Destinée au grand public (familles, groupes scolaires…), "Voyage au centre de la Galaxie" a un objectif pédagogique prioritaire.


CONTEXTE

Tout comme le "Voyage au centre de la Terre" de Jules Verne restera sans doute à jamais une excursion impossible, un voyage au centre de la Galaxie demeurera certainement une chimère. En effet, même à la vitesse maximale, celle de la lumière, un vaisseau cosmique mettrait plus de 20 000 années pour atteindre le coeur de notre Voie lactée. Et pourtant, même si l’Homme est incapable d’entreprendre physiquement un tel voyage, rien ne lui interdit d’atteindre son but par la pensée. Nous en savons aujourd’hui beaucoup plus sur notre environnement cosmique, la Galaxie, ce gigantesque disque d’étoiles qui entoure le Soleil et la Terre, que sur le coeur de notre planète.

Grâce à toutes les images recueillies, non seulement par les télescopes au sol mais aussi par tous les satellites en orbite, recréer les "paysages" que traverseraient d’intrépides astronautes au cours d’un tel voyage devient chose possible. Que de progrès depuis les premières découvertes de Galilée ! Si elles ont marqué l’histoire de l’humanité, lui faisant prendre conscience de son appartenance à un Univers bien plus vaste que ce qu’elle imaginait, les héritiers du célèbre astronome italien travaillent aujourd’hui sur des dimensions qui se sont considérablement accrues. Non seulement, nous pouvons maintenant voir des objets à plus de dix milliards d’années-lumière de distance mais nous avons aussi réalisé que la lumière "visible" — que perçoivent nos yeux d’humains — n’est qu’une partie infime de toute la lumière émise par les objets célestes. 99% du rayonnement est invisible à nos yeux et une grande partie est arrêtée par l’atmosphère terrestre avant d’atteindre le sol. Ce n’est que depuis une cinquantaine d’années que, grâce au développement de l’exploration spatiale et de détecteurs de plus en plus perfectionnés, nous avons réussi à rendre « visibles » ces rayonnements. Chacun d’entre eux révèle un aspect différent du cosmos. Une véritable révolution qui a fait basculer l’astronomie dans son âge moderne, à laquelle le CEA participe depuis ses débuts.

Cette année, l’exposition "Voyage au centre de la Galaxie" à pour objectif de transmettre au grand public cette nouvelle perception du cosmos en explorant, grâce aux nouvelles lumières, notre Galaxie, ce disque de plus de deux cents milliards d’étoiles au sein duquel est noyé notre Soleil.


CONTENUS

Le parcours de l'exposition comprend 10 étapes dans le voyage vers le centre de la Galaxie qui est lui-même constitué de trois cheminements parallèles :
- fil rouge : chaque étape explique différents stades de l’évolution des étoiles ;
- fil vert : chaque étape est illustrée par des images obtenues dans une longueur d’onde différente ;
- fil bleu : chaque étape fournit la mesure de la distance parcourue depuis la Terre et du temps remonté dans le passé. Ce fil bleu est visualisé par une signalétique.

La dernière partie de l’exposition est réservée à la Mission scientifique Herschel de l’Agence Spatiale Européenne, qui doit voir le lancement, début 2009, du satellite du même nom. Le télescope embarqué est dédié à l'observation de l'Univers dans le domaine infrarouge et submillimétrique. Le CEA a contribué à la réalisation de l'instrumentation du satellite, en partenariat avec le CNES.


DEROULE DE L’EXPOSITION

Les dix étapes du voyage sont réparties en un prologue et trois espaces :


Prologue

Première escale : Saturne... et sortie du Système Solaire
Cette escale nous amène à la rencontre de la sixième planète du Système solaire.
Saturne - monde glacé, la température moyenne extérieure est de - 180 degrés -, et ses fameux anneaux nous sont présentés au travers des toutes dernières images de la sonde CASSINI en orbite autour de la planète depuis juin 2004.

Deuxième escale : étoiles proches et exoplanètes
L’étoile la plus proche de notre soleil est Proxima du Centaure, située à 4,2 années-lumière de distance, elle est dix fois moins massive et dix mille fois moins lumineuse que le notre étoile. Elle est invisible à l’oeil nu tant elle est petite. A l’opposé, l’étoile la plus brillante du ciel est Sirius, à presque 9 années-lumière de distance du Soleil. Elle est deux fois plus massive que le Soleil et 25 fois plus lumineuse.
Un des plus grands succès de l’astronomie des dernières années a été la découverte de planètes tournant autour d’autres étoiles que le Soleil. La première planète « extra solaire » a été découverte en 1995 autour de l’étoile 51 de la constellation de Pégase. Elle tourne autour de son étoile en 4 jours, à une distance de seulement 7,5 millions de kilomètres, soit 20 fois plus près que la Terre du Soleil. Ces planètes sont trop loin de la Terre pour être vues directement. Noyées dans la lumière de leur étoile, elles sont très difficiles à observer.


Espace 1 : Là où naissent les étoiles

Troisième escale : nuages sombres
Plongée vers les nuages sombres de la Galaxie : où et comment se forment les étoiles ? Les nuages sombres étant opaques à la lumière visible, les premiers stades de la formation des étoiles ne sont visibles que grâce au rayonnement micro-ondes. Il suffit d’une étoile qui passe à proximité ou d’un mouvement dans la Galaxie pour créer une instabilité qui va comprimer le nuage. Celui-ci s’effondre sur lui-même : des grumeaux de gaz se créent, de plus en plus denses, les plus gros absorbant les plus petits. A l’intérieur de ces concentrations de matière, la température augmente jusqu’à déclencher l’allumage d’une étoile. Le chaudron cosmique est en marche. Une étoile est née.

Quatrième escale : Nébuleuses
Lorsque s’allument les étoiles, leur lumière illumine le gaz et la poussière qui les entourent encore. Le nuage devient alors visible comme une nébuleuse brillante, véritable pouponnière d’étoiles. La grande quantité de poussières absorbe la lumière visible et chauffe, émettant alors un rayonnement infrarouge qui permet de discerner où se trouvent les étoiles naissantes.


Espace 2 : la vie glorieuse des étoiles

Cinquième escale : amas d’étoiles
Les étoiles ne naissent pas isolées, mais en groupes de quelques dizaines au sein d’un grand nuage de poussières et de gaz. La pression de la lumière des étoiles nouvelles finit par dissiper le nuage et elles se révèlent en lumière visible. Regroupées dans le ciel en amas, elles brillent d’une lumière bleutée révélatrice de leur jeune âge.

Sixième escale : derniers sursauts
La fin de vie mouvementée d’une étoile : les premiers stades de la désintégration. Une étoile ne vit pas éternellement. Son combustible finit par s’épuiser. Le coeur d’une étoile de masse moyenne, comme le Soleil, se contracte alors sous l’effet de sa propre gravitation. Au cours de cette évolution, l’étoile éjecte dans l’espace une partie de son enveloppe.
Le coeur est ainsi révélé. Ce n’est plus qu’une petite étoile faiblement visible, une naine blanche.
Cet astre est très chaud et très dense, concentrant dans un volume voisin de celui de la Terre une masse proche de celle du Soleil. La naine blanche brille d’une intense lumière ultraviolette qui illumine l’enveloppe de gaz éjectée. Une nébuleuse, bulle de gaz chaud aux formes spectaculaires, est alors visible, entourant l’étoile naine.


Espace 3 : la fin de vie des étoiles

Septième escale : cataclysmes cosmiques
Feux d’artifice célestes : la mort spectaculaire des étoiles. Les étoiles les plus massives finissent leur vie dans une gigantesque explosion. Ces feux d’artifice célestes illuminent le ciel visible pendant plusieurs semaines. C’est à ces moments-là que sont propulsés dans l’espace tous les noyaux d’atomes fabriqués au coeur des étoiles, durant leur vie. Ces poussières d’étoiles sont les éléments que l’on retrouve sur Terre, dans la matière qui nous entoure et dans notre propre corps. Lors de l’explosion, la matière est chauffée à des dizaines de millions de degrés. Elle brille en rayons X durant plusieurs milliers d’années sous la forme d’une coquille ou d’un réseau de filaments.

Huitième escale : étoiles exotiques
Cadavres stellaires : lorsqu’à la fin de sa vie, une étoile massive explose, le coeur de l’astre s’effondre sur lui-même en une fraction de seconde et atteint une densité extraordinairement élevée. Tournant à très grande vitesse, ce petit corps dense se manifeste alors par une émission de rayonnement gamma qui balaie le ciel d’une manière régulière, à l’image d’un phare galactique.
Dans certains cas, plus extrêmes encore, le coeur de l’étoile se convertit en un astre plus exotique, un trou noir dont la masse peut atteindre une dizaine de fois la masse du Soleil. L’interaction entre le trou noir et son environnement proche peut produire un intense rayonnement gamma. La matière capturée par le trou noir forme un disque d’où s’échappent de puissants jets de matière.

Neuvième escale : le trou noir central
Un monstre invisible et silencieux. En raison de l’éloignement du voile de poussières qui le masque et du grand nombre d’étoiles qui s’interposent, le centre exact de la Galaxie est très difficile à observer. L’objet qui s’y trouve est pourtant le plus imposant de la Galaxie. Il s’agit d’un trou noir dont la masse est supérieure à 4 millions de fois celle du Soleil. Le trou noir lui-même n’émet pas de lumière, mais la matière qui tombe sur lui peut être portée à de très fortes températures et émet alors un rayonnement de haute énergie, sous forme de rayons X et gamma.
Les astronomes ont tenté d’apercevoir le trou noir grâce à cette lumière de haute énergie mais il reste très discret et, pour l’instant, leur recherche continue.

Commissaire de l'exposition : J.M. Bonnet-Bidaud
Pour en savoir plus sur l’astrophysique au CEA, consultez le site du Sap :

http://irfu.cea.fr/Sap/

Musée de l'Air et de l'Espace, entrée gratuite. Vous n'irez jamais aussi loin qu'à six kilomètres de Paris.