L'univers - L'imagerie livre et vidéo

L A

G R A N D E

I M A G E R I E

Que se passe-t-il quand des galaxies entrent en collision ?

Y a-t-il plus d’un Univers ? Découvre les secrets du Cosmos, des trous noirs aux pulsars en passant par les exoplanètes et la recherche de vie extraterrestre. Voici l’histoire de notre planète, du système solaire et de leur place dans l’Univers.

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G R A N D E

I M A G E R I E

Téléch arge l’applic ation g ratuite et pro fite de plus de 50 vidéos incroy ables !

Des scènes d’un réalisme saisissant !

Application gratuite

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LANCE ET CHERCHE

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REGARDE, ÉCOUTE ET APPRENDS

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L’édition originale de ce livre a été créée, éditée et conçue par Nextquisite Ltd, London Copyright © 2018, Nextquisite Ltd Tous droits réservés. Toute reproduction, quelle qu’elle soit, est interdite. www.nextquisite.com Directrice de projet : Anne McRae Directeur artistique : Marco Nardi Illustrations principales : Studio Stalio Photos : NASA, ESA et Shutterstock Texte : Marcus Johnson Édition : Helen Woods, Susan Blackbirch, Anne McRae­­ Recherche d’images : Nicola Burns Conception graphique : Marco Nardi Remerciements : NASA, ESA, ESO et Shutterstock pour leurs vidéos dans l’application.

MDS : 661548 ISBN : 978-2-215-16120-2 © FLEURUS ÉDITIONS, 2018 Dépôt légal à la date de parution.

Conforme à la loi n° 49-956 du 16 juillet 1949 sur les publications destinées à la jeunesse.

Imprimé en Slovaquie (10/18).

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Ce livre contient plus de 50 vidéos.

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Textes de Marcus Johnson Traduction d’Éléonore Sclavis Adaptation de Sabine Boccador

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SOMMAIRE 8-9

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L’UNIVERS, C’EST TOUT CE QUI EXISTE !

LA NAISSANCE DE L’UNIVERS DES COLLECTIONS D’ÉTOILES

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LES GALAXIES ACTIVES ET LES COLLISIONS DE GALAXIES

16-17

NOTRE GALAXIE

18-19

LES TÉLESCOPES

20-21

LE FONCTIONNEMENT DES ÉTOILES

22-23

LES ÉTAPES DE LA VIE D’UNE ÉTOILE

24-25

LES GROUPES D’ÉTOILES

26-27

LES ÉTOILES À NEUTRONS ET LES TROUS NOIRS

28-29 LES AUTRES SYSTÈMES SOLAIRES

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30-31

LE SYSTÈME SOLAIRE

48-49 SATURNE

32-33

LE SOLEIL

50-51

URANUS

34-35

MERCURE

52-53

NEPTUNE

36-37

VÉNUS

54-55

LES PLANÈTES NAINES ET LA CEINTURE DE KUIPER

56-57

LE NUAGE D’OORT

38-39 LA PLANÈTE TERRE 40-41

LA LUNE

42-43

MARS

58-59 LES STATIONS SPATIALES 60-61

LA VITESSE DE DISTORSION, LE TOURISME SPATIAL ET PLUS ENCORE

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INDEX ET CRÉDITS PHOTOS

44-45 LA CEINTURE D’ASTÉROÏDES 46-47 JUPITER

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L’Univers, c’est tout ce qui existe !

La lumière comme unité de mesure La lumière est ce qu’il y a de plus rapide dans l’Univers. Elle se déplace à un peu moins de 1 milliard de km/h. Si tu pouvais voler à la vitesse de la lumière, tu mettrais 1,28 seconde pour atteindre la Lune et seulement 8 minutes et 20 secondes pour rejoindre le Soleil. Étant donné l’importance des distances dans l’espace, les scientifiques les mesurent en « annéeslumière », soit la distance que la lumière parcourt en une année terrestre, ce qui correspond à peu près à 10 000 milliards de kilomètres. Par exemple, Andromède, la galaxie la plus proche de la nôtre, est à environ 2,5 millions d’années-lumière de la Terre.

L’image (à droite) est une représentation artistique de ce que tu pourrais voir si tu voyageais dans l’espace à la vitesse de la lumière. L’application te donnera la sensation de voler à cette vitesse.

Qu’est-ce que l’Univers ?

L’Univers, c’est tout ce qui existe, de la plus petite particule à la plus grande galaxie, et au-delà. C’est toute la matière, tout ce qu’on peut voir, mais c’est aussi l’énergie, le temps, l’espace et tout ce qu’on ne peut pas voir. Personne ne connaît la taille exacte de l’Univers. Les cosmologistes savent juste qu’il s’étend à une vitesse croissante.

Seule une petite partie de l’Univers est visible de la Terre : c’est l’Univers observable, la partie depuis laquelle la lumière a eu le temps d’arriver jusqu’à nous pendant les 13,8 milliards d’années qui nous séparent du big bang.

Albert Einstein (1879-1955) est un physicien théoricien allemand. Sa théorie de la relativité générale publiée en 1916 a été décrite comme étant « probablement la plus grande découverte scientifique jamais faite ». Elle est d’une importance fondamentale pour notre approche de l’Univers.

Cette petite carte (à gauche) a été dessinée par le mathématicien et astronome anglais Thomas Digges en 1576. Elle représente le Soleil au centre de l’Univers.

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Quelle est la forme de l’Univers ?

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Si tu pouvais sortir de l’Univers pour le regarder, quelle serait sa forme ? On ne le sait pas vraiment. D’après Albert Einstein, il pourrait avoir une des trois formes suivantes : fermée et courbe comme une sphère (1) ; ouverte et courbe comme une selle (2) ; ou plate comme une feuille de papier (3). La plupart des scientifiques pensent que l’Univers est plat.

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Depuis la nuit des temps, les hommes observent le ciel étoilé, essayant d’y trouver un sens. L’illustration (à droite) présente les calculs réalisés par le penseur grec Aristarque de Samos (qui vécut il y a plus de 2 200 ans) à propos de la taille relative du Soleil, de la Terre et de la Lune (de gauche à droite).

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La matière et l’énergie L’Univers est composé de matière et d’énergie. La matière ordinaire, qui comprend la Terre, les planètes, les étoiles et les galaxies, n’en représente pas plus de 5 %. L’Univers est également constitué pour un quart de matière noire, dont on ignore encore la composition !

Les scientifiques connaissent son existence, car ils savent que Matière ordinaire 5 % les étoiles interagissent grâce à la présence de cette matière.

Les 70 % restants de l’Univers sont composés de ce qu’on appelle l’énergie noire, une forme d’énergie que les scientifiques ne connaissent pas vraiment. Mais beaucoup d’entre eux pensent qu’elle serait à l’origine de l’expansion constante de l’Univers.

Matière noire 25 %

Énergie noire 70%

Le camembert (à gauche) montre la composition de l’Univers. La matière ordinaire n’en représente que 5 %.

À gauche : juste avant sa mort en mars 2018, le célèbre physicien, théoricien et cosmologiste Stephen Hawking a terminé une étude employant des formules mathématiques révolutionnaires afin de montrer que des traces des multiples big bangs, qui ont donné naissance à de multiples univers, seraient visibles par l’homme depuis une navette spatiale.

De multiples univers Certains scientifiques pensent que l’Univers ne serait pas unique, mais qu’il en serait un parmi beaucoup d’autres et ferait partie d’une structure d’une taille phénoménale appelée « multivers ». Les astrophysiciens se sont posé la question suivante : « Si un univers est apparu avec le big bang, pourquoi n’y en aurait-il pas d’autres ? » Il pourrait exister une multitude d’univers, chacun gouverné par différentes lois de la physique. Cette conception qui dépasse l’entendement n’est pas admise par tout le monde.

Qui est qui ?

Cosmologiste : le cosmos est un autre nom donné à l’Univers. Les scientifiques qui l’étudient sont des cosmologistes.

Astronome : l’astronomie est la science de l’observation des planètes, des étoiles et des galaxies. Les scientifiques spécialisés sont des astronomes.

Astrophysicien : L’astrophysique est l’application des lois de la physique à l’astronomie. C’est le métier de l’astrophysicien. Aujourd’hui, tous les astronomes utilisent la physique. Les termes « astronome » et « astrophysicien » sont donc devenus interchangeables.

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Le big bang

En une fraction de seconde, l’Univers atteint la taille d’une ville. C’est à ce moment que son expansion est la plus rapide.

L’énergie se transforme en particules de charges positives et négatives. La plupart s’annulent, mais certaines subsistent. Une faible lueur apparaît.

380 000 ans plus tard, l’Univers a suffisamment refroidi pour que les particules qui subsistent forment des atomes.

L’Univers devient transparent.

La naissance de l’Univers

L’Univers est né il y a 13,8 milliards d’années environ. Au début, c’était le noir complet, mais après plusieurs millions d’années des amas de matière ont commencé à s’assembler et à s’échauffer. Les premières étoiles sont nées, inondant de lumière le jeune Univers. Petit à petit, les étoiles se sont regroupées pour former de vastes galaxies tournant sur elles-mêmes.

Naissance de l’Univers. Ce n’est pas une explosion.

L’Univers est alors un point unique très chaud et dense.

Un drôle de nom D’après les scientifiques, la théorie du big bang est celle qui explique le mieux les origines de l’Univers, mais elle ne fait pas l’unanimité.

D’ailleurs, le terme « big bang » a été inventé par Fred Hoyle, un scientifique qui voulait se moquer de cette théorie avec laquelle il était en profond désaccord. Mais le nom est resté, et il est aujourd’hui couramment employé.

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Lueurs cosmiques L’image (à droite) prise par le satellite européen Plank montre les faibles lueurs du rayonnement émis environ 380 000 ans après le big bang, quand les premiers atomes ont commencé à se former. On lui a donné le nom de fond diffus cosmologique ou rayonnement fossile. Sur cette image, les zones rouges et orangées, qui sont les plus chaudes, correspondent à ce qui allait devenir des galaxies, des étoiles et des planètes.

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L’âge sombre de l’Univers est la période qui s’étend de 380 000 ans à environ 1 milliard d’années. La seule lumière présente alors est celle du rayonnement fossile.

Aux alentours de 500 000 millions d’années, les premières étoiles et galaxies se forment.

Petit à petit, les étoiles se mettent à briller. L’âge sombre se termine quand l’Univers atteint le milliard d’années.

Au bout de 9 milliards d’années, notre système solaire se forme. Âgé de 5 milliards d’années, l’Univers abrite de larges amas de galaxies très éloignés les uns des autres.

À partir de 9,8 milliards d’années environ, l’expansion de l’Univers entame une accélération.

D’après les cosmologistes, l’énergie noire en serait la cause.

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La galaxie la plus éloignée Cette image (à gauche) prise par le télescope spatial Hubble date de janvier 2018. Elle montre une galaxie du temps où l’Univers n’était âgé que de 500 millions d’années. Nous disposons d’images d’autres galaxies primitives, mais elles sont peu claires et ne sont composées le plus souvent que de quelques points rouges. Cette galaxie assez petite mesure 2 500 années-lumière de diamètre. Les scientifiques pensent qu’elle s’est formée juste après le big bang.

Elle a été nommée SPT0615-JD.

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Aujourd’hui, soit 13,8 milliards d’années après le big bang, l’Univers continue de s’étendre à une vitesse croissante.

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Les galaxies

La formation des galaxies

Une galaxie est un grand ensemble d’étoiles, de nébuleuses, de gaz, de poussière, de planètes, d’astéroïdes, de comètes et de matière noire.

Il y en aurait au moins 200 milliards dans l’Univers, et peut-être beaucoup plus encore.

La taille des galaxies s’étend des galaxies naines, avec leurs quelques millions d’étoiles seulement, aux galaxies géantes composées de plus de 100 000 milliards d’étoiles. Les étoiles et la matière tournent autour du centre de la galaxie, qui est souvent un très grand trou noir.

Les astronomes ne sont pas tous d’accord sur la façon dont les premières galaxies se sont formées. D’après certains, les étoiles seraient apparues en premier, se regroupant ensuite en amas, puis en galaxies. D’autres pensent que les galaxies se sont formées en premier et que leurs étoiles se sont ensuite rassemblées en petits amas. Afin de résoudre cette énigme, les scientifiques devront remonter le temps à l’aide de télescopes très puissants.

Des collections d’étoiles

Le Champ profond de Hubble L’image en fond est une photo du Champ profond de Hubble − une zone de la sphère céleste située dans la constellation de la Grande Ourse − prise sur dix jours par le télescope spatial Hubble.

Elle montre une zone du ciel très éloignée et peu étoilée de la Voie lactée qui comprend près de 3 000 galaxies, dont beaucoup sont très vieilles, datant de la fin de l’âge sombre, soit environ 1 milliard d’années après le big bang.

Ci-dessus : présentée dans le petit cadre, la galaxie GN-z 11 est la plus vieille galaxie connue. Prise par le télescope Hubble, cette image nous fait remonter 13,4 milliards d’années en arrière, soit 400 millions d’années seulement après le big bang.

Ci-dessus : cette image présente NGC 45, une galaxie spirale à faible brillance de surface.

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Des galaxies à faible brillance Les galaxies à faible brillance de surface comportent peu d’étoiles et leur masse est composée à 95 % de matière noire.

La lumière qu’elle diffuse est donc moindre.

Comparées aux galaxies à surface de brillance élevée, elles sont le plus souvent isolées et interagissent peu avec d’autres galaxies pour former de nouvelles étoiles.

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Les galaxies naines Les galaxies naines sont plus petites et comportent moins d’étoiles que d’autres galaxies. D’après les cosmologistes, il s’agirait peut-être de très vieilles galaxies qui n’ont jamais fusionné avec d’autres, à moins qu’elles ne résultent de la matière éjectée par des galaxies qui se sont percutées.

Il peut arriver qu’une galaxie naine croise la route d’une galaxie de taille plus importante et qu’elle fusionne

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Les types de galaxies Il existe trois principaux types de galaxies : les galaxies spirales, les galaxies elliptiques et les galaxies irrégulières. Elles ont de nombreuses variantes. Certaines sont particulières, comme les galaxies en forme d’anneau ou de « S ».

Les galaxies elliptiques Ces galaxies sont généralement rondes ou ovales.

Certaines, plus étirées, ont la forme d’un cigare.

Ces galaxies sont surtout composées de vieilles étoiles et de peu de gaz. Certaines des plus grandes galaxies de l’Univers sont elliptiques.

Les galaxies spirales Ces galaxies ressemblent à des moulinets cosmiques. Autour de leur centre s’enroulent au moins deux bras spiraux composés d’étoiles. Leur centre est souvent un trou noir autour duquel tournoient des étoiles, des planètes, du gaz et de la poussière. Les étoiles les plus anciennes se trouvent généralement près du centre, tandis que les plus jeunes se forment le long des bras spiraux.

Les galaxies à anneau Ces galaxies rondes possèdent un anneau externe composé d’étoiles, tandis que leur centre ne contient pas beaucoup de matière. D’après certains astronomes, elles se forment quand une petite galaxie passe à travers le centre d’une plus grosse.

Les galaxies à anneau sont assez rares.

En 2017, un nouveau type de galaxie à anneau possédant deux anneaux externes a été découvert.

Ci-dessous : l’objet de Hoag est une galaxie à anneau typique. Les points bleu clair situés près du bord révèlent la naissance d’étoiles.

Les galaxies spirales barrées Ces galaxies sont une variante des galaxies spirales. Leurs bras spiraux sont reliés à une bande centrale constituée d’étoiles. Près des deux tiers des galaxies spirales sont barrées. Dans les jeunes galaxies, beaucoup d’étoiles naissent sur la barre, mais au fil du temps celle-ci s’estompe. Notre Voie lactée est une galaxie spirale barrée.

Les galaxies irrégulières Comme leur nom l’indique, ces galaxies n’ont pas de forme particulière, souvent parce qu’elles ont été soumises à la gravité de galaxies voisines. Cette remarquable galaxie naine (ci-contre) présente une barre centrale étoilée et une aile composée de poussière.

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Les galaxies actives et les collisions de galaxies

Des galaxies vivantes Étant donné leur taille et leur grand âge, on pourrait croire que les galaxies sont statiques et qu’elles n’évoluent pas. C’est pourtant loin d’être le cas ! Les galaxies sont dynamiques, même si elles évoluent sur des millions, voire des milliards d’années. Elles interagissent avec d’autres galaxies et avec la matière noire, ce qui modifie leur forme et leur emplacement.

Les galaxies actives Les galaxies actives ont un noyau petit et dense qui projette d’énormes quantités de lumière et d’énergie. Elles produisent beaucoup plus d’énergie que les étoiles qu’elles abritent. D’après les astronomes, elles auraient un trou noir supermassif en leur centre.

Beaucoup d’entre elles rejettent aussi, à la vitesse de la lumière, des faisceaux de particules énergétiques. Ces galaxies se divisent en quatre types : les galaxies de Seyfert, les radiogalaxies, les quasars et les blazars.

À gauche : la toile cosmique. Sur les parties en jaune, la matière noire est la plus abondante.

Elle maintient la cohésion de la matière ordinaire, favorisant la création des galaxies.

La matière noire Comme nous l’avons vu, la matière ordinaire ne représente que 5% de l’Univers. Seule, elle ne peut maintenir la cohésion des galaxies. Les scientifiques pensent donc qu’il existe une autre matière, invisible mais très puissante, à laquelle ils donnent le nom de matière noire. Représentant environ 25% de l’Univers, elle n’est pas composée d’atomes et ne réfléchit ni la lumière ni les autres radiations.

Ci-dessous : extrêmement massif, cet amas de galaxies appelé IDCS 1426 se situe à environ 10 milliards d’années-lumière de la Terre. Environ 90% de sa masse provient de la matière noire.

Ci-dessus : les galaxies de Seyfert ont un centre beaucoup plus lumineux que les autres galaxies. Ici, la galaxie de Seyfert NGC 772.

À droite : les radiogalaxies émettent d’énormes « bulles » d’ondes radio.

Ici, la radiogalaxie 3C296. À gauche : les quasars sont les objets les plus lumineux de l’Univers. ULAS J1120+0641 est le deuxième quasar le plus lointain jamais découvert.

Voici l’aspect qu’il avait 770 millions d’années après le big bang. La masse de son trou noir est 2 millions de fois supérieure à celle du Soleil.

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À droite : un blazar est un type extrême de quasar.

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Les groupes et les amas de galaxies La plupart des galaxies sont rassemblées en groupes d’environ 50 galaxies. D’autres forment d’énormes amas qui en réunissent beaucoup plus. Les amas les plus grands sont des superamas. Ils abritent des centaines, voire des milliers de galaxies, chacune composée de milliards d’étoiles. Au centre de l’amas, on trouve souvent une galaxie elliptique géante. À l’intérieur des amas, la plupart des galaxies sont elliptiques. Notre galaxie, la Voie lactée, appartient à un groupe d’environ 50 galaxies appelé Groupe local.

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The large image on this page L’image en fond représente les shows the Antennae Galaxies. galaxies des Antennes. Ces deux These two spiralqui galaxies are galaxies spirales, sont entrées colliding and will eventually en collision, finiront par fusionner. merge.

Thesont galaxies are dotted Ces galaxies parsemées de with bright blue star-forming zones bleu clair.

C’est là que se forment les étoiles. Elles sont areas surrounded by brilliant entourées d’hydrogène, en roseof vif. pink hydrogen gas. Billions Dans cette are galaxie, descreated milliardsin new stars being d’étoiles sont en train de naître. this starburst galaxy.

Les collisions de galaxies Les galaxies qui entrent en collision sont très actives. En se mêlant, leurs nuages de gaz donnent naissance à des milliards d’étoiles. Même s’il n’y a pas de « collision » au sens propre du terme (leurs étoiles sont trop éloignées les unes des autres pour pouvoir se percuter), elles se chamboulent mutuellement en déviant la trajectoire des étoiles et en les projetant dans l’espace, ainsi qu’en arrachant notamment des bras spiraux. Souvent, les deux galaxies fusionnent pour former une grande galaxie irrégulière ou elliptique. Mais parfois elles ne font que se traverser.

Les galaxies à sursauts de formation d’étoiles Les galaxies à sursauts de formation d’étoiles produisent de grandes étoiles à une vitesse exceptionnelle et contiennent une grande quantité de gaz, qu’elles brûlent rapidement.

Elles correspondent à l’état de certaines galaxies à un moment donné. Elles peuvent résulter d’une collision avec une autre galaxie. À gauche : Messier 94 est une galaxie à sursauts de formation d’étoiles de la constellation des Chiens de chasse, qui se trouve à 16 millions d’années-lumière de la Voie lactée. L’anneau lumineux qui l’entoure indique que des millions d’étoiles sont en formation.

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