Généalogie de la matière

Michel Cassé

Description

Pourquoi les étoiles brillent-elles ? De quel feu brûlent-elles ? Quel message nous envoie leur éclat au plus profond de la nuit ? Lorsque Cortès demanda aux Aztèques d’où venait le fer de leurs poignards, ils lui montrèrent le ciel. Ils avaient raison : c’est bien dans les étoiles que se fabrique le fer, comme les autres éléments dont est faite toute chose. Michel Cassé nous plonge dans le creuset de ces alchimistes que sont les étoiles. Il nous montre comment elles brillent. Mais le secret des secrets n’est plus pour nous la composition de l’or, c’est l’émergence de la vie. La chair de toute humanité est là, dans les débris d’étoiles explosées. Michel Cassé est astrophysicien au Commissariat à l’énergie atomique et chercheur associé à l’Institut d’astrophysique de Paris. Il a publié notamment Petite Étoile et Du vide et de la Création.

Sujets

• Astronomie
• Astrophysique
• Space Science
• Sciences et techniques
• Cosmology
• Science

Informations

• Publié par: Odile Jacob
• Date de parution: 01 octobre 2000
• Nombre de lectures: 1
• EAN13: 9782738170224
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

L’auteur adresse ses vifs remerciements à l’ESO pour les images du dossier final. © O DILE J ACOB, octobre  2000 15, RUE S OUFFLOT, 75005 P ARIS www.odilejacob.fr
ISBN 978-2-7381-7022-4
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Ce livre est dédié à André Grau
Pour exorciser la tristesse du fini,
J’ai choisi CIEL.
Courtois avec la lumière,
je la laisse parler la première.
L’enseignement doit être une caresse.
Remerciements

J’exprime ma haute gratitude à Odile Jacob pour sa sagesse et son obstination solaire ainsi qu’à Gérard Jorland, Jean-Luc Fidel et Aurèle Cariès pour avoir fait reluire l’étoile de l’écriture.
Qu’il me soit ici permis d’adresser hommages et compliments à Elisabeth Vangioni-Flam, lumière vive qui tance le big-bang.
Je remercie Jean Audouze, Jean-Claude Carrière, Alfred Vidal-Madjar, Matta, Jacques Paul, Catherine Cesarsky et Roland Lehoucq pour leur stellaire fraternité.
PRÉAMBULE
Lever d’astres dans le ciel de la connaissance

Le Ciel constellé n’a cessé d’allumer la passion des hommes en quête de clarté.
« La Terre sortit de l’abîme, Éros à ses côtés. Elle enfanta Ouranos, le ciel étoilé, et Pontos, la mer féconde, puis s’unissant à eux, tous les dieux et toutes les choses. » (Hésiode.)
Deux millénaires séparent la généalogie des dieux de l’idée moderne de mouvement cosmique généralisé et d’origine stellaire de la matière humaine qui tiennent dans ces formules lapidaires :
L’univers est en expansion.
Nous sommes poussières d’étoiles.
Qu’est-il advenu à l’homme pour qu’il invente la cosmologie et relègue à l’arrière-plan la généalogie céleste des dieux ? N’y a-t-il plus drame dans le Ciel, ni genèse ?
Du texte du Ciel nous ne lisons que la ponctuation étoilée. Et pourtant, nous prétendons faire courir l’histoire de l’univers dans nos récits.
Mise en intrigue, mise en espace-temps de la matière, l’astrophysique exprime une vision cosmique aussi bien qu’une pensée scientifique. Le Ciel est un palimpseste. Sous la première écriture visible — le Ciel étoilé —, l’astronomie moderne est parvenue à faire apparaître, en partie, d’antiques hiéroglyphes et des gravures originelles.
D’Hésiode en Aristote, d’Aristote en Galilée, de Galilée en Einstein, l’univers a connu plusieurs réformes mentales. Les visionnaires de l’infini ont remplacé les poètes et les hommes de Dieu. Les mosaïques de Byzance et tous les vitraux de l’Occident furent des théories du monde. Les équations entre symboles ont remplacé les liturgies. Mais la quête de l’unité demeure.
Cet ouvrage est une défense et illustration de l’ Astrophysique nucléaire , l’une des plus belles sciences qui soit, car elle jette une passerelle entre le microcosme atomique et le macrocosme céleste et statue sur l ’origine et l’évolution des éléments qui composent le réel immédiat, dans leur intégralité. Elle conjugue très harmonieusement les physiques les plus extrêmes, c’est-à-dire celles des noyaux et des astres. Mariage de la physique nucléaire et de l’astronomie (terre et ciel) dans la pensée scientifique, elle nous ouvre à l’histoire véritablement universelle du support matériel de toutes choses visibles.
C’est une bien admirable science que celle qui étudie la genèse et l’évolution des éléments (atomes) composant la nature et établit un lien historique entre toutes les formes du ciel : lumière originelle, particules, atomes, étoiles et hommes. Le lyrisme qu’elle suscite a pu faire dire : « Sans le savoir nous labourons la poussière des étoiles qui nous a été apportée par le vent et buvons l’univers dans une goutte d’eau de pluie  », ou encore : « Nous sommes cendres et poussières, peut-être, mais cendres et poussières d’étoiles. » Cette astrophysique-là, qualitative et poétique, chaleureuse et violente, est celle à laquelle j’inclinais. Mais coiffée d’ailes de colombes, elle est menacée d’hystérie au sens où Baudelaire est un Boileau hystérique. Ce n’est pas d’elle que je veux parler aujourd’hui. Je désire ici évoquer, sans fard, la science combinatoire et calculatrice de la nucléosynthèse , pure arithmétique stellaire, pudique, recueillie et drapée dans la réserve ironique des chiffres. Son pouvoir de révélation et de pénétration est tel qu’on peut la considérer comme l’outil de divulgation majeur de l’histoire matérielle du cosmos.
Les sciences de l’univers contribuent à l’humanisme, à l’éducation, et à l’avènement technique de la société. La plus grande contribution de l’astrophysique fondamentale est de savoir répondre aux questions sur la place de l’humanité dans le Cosmos. Des réponses quantitatives peuvent être données à des questions ancestrales émargeant pour certaines à la métaphysique, voire à la religion.
Non contentes de satisfaire une curiosité immémoriale au sujet de l’univers, les sciences de l’espace et de l’univers nourrissent une imagination technologique de feu qui ne peut manquer d’avoir un impact sur la vie des hommes. Les retombées techniques de la recherche spatiale fertilisent l’industrie, la médecine et les sciences de l’environnement.
Les industries investissent dans les sciences du ciel et reçoivent d’importants dividendes, car le retour sur investissement est considérable, sous forme financière et technique d’abord, mais aussi, de manière plus indirecte, d’éducation formelle (écoles, collèges et université) ou informelle (télévision, journaux et magazines, expositions, conférences et séances de planétarium).
L’étude des cieux incite le jeune public à s’exercer au raisonnement quantitatif et contribue, s’agissant des astronomes amateurs par exemple, à développer une stratégie concrète et active d’observation.
Les sciences du ciel sont par définition ouvertes. Les programmes de collaboration internationaux au sein de la communauté astrophysique européenne ont ouvert la voie à l’unification économique et politique. L’Europe s’est d’abord faite dans le ciel (European Southern Observatory ESO et European Space Agency ESA). Les conférences d’astrophysique sont devenues des forums planétaires. Réjouissons-nous !
CHAPITRE PREMIER
Défense et illustration de l’astrophysique nucléaire

Lexique
BARYONIQUE  : afférente aux baryons, particules lourdes sujettes à l’interaction forte.
BIG BANG  : événement fondateur de la cosmologie.
CHAMP SCALAIRE  : type de champ non directionnel nécessaire à la cosmologie et à la physique des particules.
CONSTANTE COSMOLOGIQUE  : terme ajouté par Einstein dans ses équations cosmologiques pour stabiliser l’univers.
DÉGÉNÉRÉ  : terme de physique quantique signifiant que la densité est telle que les électrons refusent de se laisser réduire et exercent une pression constante qui s’oppose à la contraction.
ÉTOILE À NEUTRONS  : astre très compact composé essentiellement de neutrons.
FUSION DE L’HYDROGÈNE  : chaîne de réactions nucléaires aboutissant à l’hélium.
KILOÉLECTRONVOLT  : 1 000 électronvolts. 1 eV est l’énergie acquise par un électron dans une différence de potentiel de 1 volt.
NEUTRINOS  : particules extrêmement légères insensibles à l’interaction forte.
NUCLÉON  : proton ou neutron.
NUCLÉOSYNTHÈSE  : mode de fabrication des noyaux d’atomes dans l’univers.
QUINTESSENCE  : substrat exerçant une gravitation répulsive.
RAYONNEMENT COSMIQUE  : particules rapides qui sillonnent la Galaxie.
RAYONNEMENT COSMOLOGIQUE FOSSILE  : vestige électromagnétique de l’univers primordial.
RAYONS GAMMA  : rayonnement électromagnétique de haute énergie.
SUPERNOVA  : explosion d’étoile.
WOLF-RAYET  : étoile massive sujette à vent.

B UTS ET   ESPÉRANCES DE   L ’ ASTROPHYSIQUE NUCLÉAIRE
L’astrophysique nucléaire se donne pour but la détermination détaillée des mécanismes qui président à l’édification de chaque espèce nucléaire composant la nature, depuis le deutérium (2 nucléons) jusqu’à l’uranium (238 nucléons), du site astrophysique de leur naissance, et de l’enchaînement dans le temps des phénomènes nucléaires qui façonnent la matière baryonique confectionnant les galaxies, cette sorte de matière qui constitue l’étoffe des étoiles et des hommes. Elle vise à expliquer la composition du système solaire, les grandes tendances de l’évolution chimique de la galaxie (enrichissement progressif en métaux, proportions relatives des éléments) et s’adonne à l’exploration précise des premières phases de l’évolution chimique de l’univers, mais aussi des événements récents et violents de nucléosynthèse, liés essentiellement aux supernovae et aux grandes étoiles à vents ( Wolf-Rayet ). Des photons gamma d’énergie bien précise sont en effet émis par les noyaux fraîchement émoulus des étoiles venteuses et des supernovae, noyaux radioactifs qui cherchent leurs formes achevées. Sans conteste, ces photons de haute énergie constituent les indices les plus purs des mécanismes de synthèse des noyaux d’atome dans l’univers. Ainsi la spectroscopie et la cartographie gamma célestes devraient-elles permettre de découvrir les traces fraîches de la nucléosynthèse et situer ses foyers dans notre système d’étoiles et par-delà 1 .
Les générations futures retiendront qu’au XX e  siècle, l’homme a élucidé le mécanisme qui fait briller son étoile, le Soleil, comme toutes les étoiles, établi qu’elles ne sont pas éternelles, démontré qu’il n’est lui-même que cendres et poussières d’astres et qu’il a pris au ciel le