On pense que les toutes premières étoiles étaient alimentées par la matière noire. Il est possible que ces géants invisibles, apparus il y a près de 13 milliards d’années, existent encore dans l’Univers. Il est possible qu’ils n’émettent tout simplement pas de lumière visible, ce qui les rend difficiles à détecter.
Initialement, le chercheur Paolo Gondolo, professeur d'astrophysique des particules à l'Université de l'Utah (États-Unis), qui travaille sur ce problème, voulait nommer un nouveau type d'étoiles invisibles théoriquement existant - les « géantes brunes », comme les naines brunes, qui ont la taille approximative de Jupiter, mais, par conséquent, un massif beaucoup plus grand. Cependant, ses collègues ont insisté pour les appeler « étoiles noires », d'après la chanson du même nom, interprétée pour la première fois en 1967 par le groupe de rock bien-aimé The Grateful Dead.
Selon les scientifiques, les « étoiles sombres » devraient avoir un diamètre 200 à 400 000 fois plus grand que celui de notre Soleil et 500 à 1 000 fois plus grand que les trous noirs supermassifs.
Nées il y a près de 13 milliards d'années, les « étoiles sombres » pourraient encore exister aujourd'hui, même si elles n'émettent pas de lumière visible. Le fait est qu’il est difficile pour les astronomes de détecter ces mystérieuses géantes, car pour devenir visibles, elles doivent émettre des rayons gamma, des neutrons et de l’antimatière. De plus, ils devraient être entourés de nuages d’hydrogène moléculaire froid, ce qui n’est actuellement pas suffisant pour alimenter les particules énergétiques de tels objets.
Si les scientifiques parviennent à les détecter, cela contribuera à trouver et à identifier la matière noire. Il sera alors possible de découvrir pourquoi les trous noirs se forment si rapidement.
Les scientifiques estiment que la matière noire, invisible et encore non identifiée, représente environ 95 % de l’univers entier. Ils sont convaincus que cela existe – il existe de nombreuses preuves de cela. Par exemple, les galaxies tournent beaucoup plus vite qu’elles ne le devraient si l’on considère uniquement les objets qui ont été découverts jusqu’à présent dans notre champ de vision.
Selon les scientifiques, les particules de matière noire pourraient être ce qu’on appelle des WIMP, ou des particules massives à faible interaction. Les chercheurs considèrent les neutrinos impliqués dans l’interaction gravitationnelle comme l’une des variétés étudiées de WIMP. Ces particules peuvent se détruire mutuellement, produisant des températures élevées.
Les particules de matière noire produisent également des quarks (les éléments fondamentaux hypothétiques à partir desquels, selon les idées modernes, sont composées toutes les particules élémentaires impliquées dans la force forte), ainsi que des copies d'antimatière - les antiquarks, qui, lors d'une collision, émettent des rayons gamma, des neutrinos. et l'antimatière, comme les positrons et les antiprotons.
Les chercheurs ont calculé que dans l’Univers nouveau-né, environ 80 à 100 millions d’années après le Big Bang, les nuages protostellaires détruits d’hydrogène et d’hélium se sont refroidis et se sont contractés, tout en restant chauds et massifs.
À la suite de ces processus, des étoiles sombres pourraient se former, alimentées par la matière noire au lieu de l’énergie nucléaire (comme dans les étoiles ordinaires). Elles étaient composées en grande partie de matière ordinaire, principalement d’hydrogène et d’hélium, mais étaient nettement plus massives et plus volumineuses que le Soleil et la plupart des autres étoiles modernes.
"Il s'agit d'un tout nouveau type d'étoile doté d'une nouvelle source d'énergie", explique la chercheuse Katherine Freese, physicienne théoricienne à l'Université du Michigan.
Un trou noir est un produit de la gravité. Par conséquent, la préhistoire de la découverte des trous noirs peut commencer à l'époque de I. Newton, qui a découvert la loi de la gravitation universelle - la loi régissant la force à laquelle absolument tout est soumis. Ni à l'époque de I. Newton, ni aujourd'hui, des siècles plus tard, une autre force universelle de ce type n'a été découverte. Tous les autres types d’interactions physiques sont associés à des propriétés spécifiques de la matière. Par exemple, un champ électrique n'agit que sur les corps chargés, et les corps neutres lui sont totalement indifférents. Et seule la gravité règne absolument dans la nature. Le champ gravitationnel affecte tout : les particules légères et les particules lourdes (et dans les mêmes conditions initiales, exactement de la même manière), même la lumière. Le fait que la lumière soit attirée par des corps massifs était déjà supposé par I. Newton. De ce fait, de la compréhension que la lumière est également soumise aux forces gravitationnelles, commence la préhistoire des trous noirs, l'histoire des prédictions de leurs propriétés étonnantes.
L'un des premiers à le faire fut le célèbre mathématicien et astronome français P. Laplace.
Le nom de P. Laplace est bien connu dans l’histoire des sciences. Tout d’abord, il est l’auteur d’un énorme ouvrage en cinq volumes, « Traité de mécanique céleste ». Dans cet ouvrage, publié de 1798 à 1825, il présente la théorie classique du mouvement des corps dans le système solaire, basée uniquement sur la loi de Newton sur la gravitation universelle. Avant ces travaux, certaines caractéristiques observées du mouvement des planètes, de la Lune et d’autres corps du système solaire n’étaient pas entièrement expliquées. Il semblait même qu'ils contredisaient la loi de Newton. P. Laplace, avec une subtile analyse mathématique, a montré que toutes ces caractéristiques s'expliquent par l'attraction mutuelle des corps célestes, l'influence de la gravité des planètes les unes sur les autres. Une seule force règne dans les cieux, proclamait-il, c’est la force de gravité. « L'astronomie, considérée au point de vue le plus général, est un grand problème de mécanique », écrivait P. Laplace dans la préface de son « Traité ». À propos, c'est lui qui a été le premier à utiliser le terme même de «mécanique céleste», si fermement ancré dans la science.
P. Laplace fut également l'un des premiers à comprendre la nécessité d'une approche historique pour expliquer les propriétés des systèmes de corps célestes. A la suite de I. Kant, il propose une hypothèse sur l'origine du système solaire à partir de matière initialement raréfiée.
L'idée principale de l'hypothèse de Laplace concerne la condensation du Soleil et des planètes à partir d'une nébuleuse gazeuse et sert encore de base aux théories modernes sur l'origine du système Solaire...
Beaucoup de choses ont été écrites sur tout cela dans la littérature et dans les manuels, à l’image des paroles fières de P. Laplace qui, en réponse à la question de Napoléon : pourquoi Dieu n’est-il pas mentionné dans sa « Mécanique Céleste » ? - a dit : "Je n'ai pas besoin de cette hypothèse."
Mais ce que l’on savait jusqu’à récemment, c’était sa prédiction de la possibilité de l’existence d’étoiles invisibles.
La prédiction a été faite dans son livre Exposition des systèmes du monde, publié en 1795. Dans ce livre, que l’on qualifierait de populaire aujourd’hui, le célèbre mathématicien n’a jamais eu recours aux formules et aux dessins. La profonde conviction de P. Laplace que la gravité agit sur la lumière de la même manière que sur les autres corps lui a permis d'écrire les mots significatifs suivants : « Une étoile lumineuse d'une densité égale à la densité de la Terre et d'un diamètre 250 fois supérieur au diamètre du Soleil ne donne pas, aucun rayon de lumière ne peut nous atteindre en raison de sa gravité ; Il est donc possible que les corps célestes les plus brillants de l’Univers soient invisibles pour cette raison. »
Le livre n'a fourni aucune preuve de cette affirmation. Il a été publié par lui plusieurs années plus tard.
Comment raisonnait P. Laplace ? Il a calculé, à l'aide de la théorie de la gravité de Newton, la valeur que l'on appelle aujourd'hui la seconde vitesse de fuite à la surface de l'étoile. C'est la vitesse qui doit être donnée à n'importe quel corps pour qu'il, après avoir surmonté la gravité, s'envole pour toujours d'une étoile ou d'une planète vers l'espace. Si la vitesse initiale du corps est inférieure à la deuxième vitesse cosmique, alors les forces gravitationnelles ralentiront et arrêteront le mouvement du corps et le forceront à retomber vers le centre gravitationnel. À notre époque de vols spatiaux, tout le monde sait que la deuxième vitesse de fuite à la surface de la Terre est de 11 kilomètres par seconde. Plus la masse est grande et plus le rayon de ce corps est petit, plus la seconde vitesse de fuite à la surface d'un corps céleste est grande. C'est compréhensible : après tout, avec l'augmentation de la masse, la gravité augmente et avec l'augmentation de la distance par rapport au centre, elle s'affaiblit.
À la surface de la Lune, la deuxième vitesse de fuite est de 2,4 kilomètres par seconde, à la surface de Jupiter 61, sur le Soleil - 620 et à la surface des étoiles dites à neutrons, qui ont approximativement la même masse que le Soleil, mais ont un rayon de seulement dix kilomètres, cette vitesse atteint la moitié de la vitesse de la lumière - 150 000 kilomètres par seconde.
Imaginons, raisonnait P. Laplace, que l'on prenne un corps céleste à la surface duquel la seconde vitesse cosmique dépasse déjà la vitesse de la lumière. Ensuite, la lumière d'une telle étoile ne pourra pas voler dans l'espace en raison de l'action de la gravité, ne pourra pas atteindre un observateur éloigné et nous ne verrons pas l'étoile, malgré le fait qu'elle émet de la lumière !
Si vous augmentez la masse d'un corps céleste en y ajoutant de la matière avec la même densité moyenne, alors la deuxième vitesse cosmique augmente autant que le rayon ou le diamètre augmente.
Or la conclusion faite par P. Laplace est claire : pour que la gravité retarde la lumière, il faut prendre une étoile ayant une substance de même densité que la Terre, et d'un diamètre 250 fois supérieur à celui du Soleil, c'est-à-dire 27 mille fois supérieure à celle de la Terre. En effet, la seconde vitesse de fuite à la surface d'une telle étoile sera également 27 mille fois supérieure à celle à la surface de la Terre, et sera approximativement égale à la vitesse de la lumière : l'étoile cessera d'être visible.
C'était un aperçu brillant de l'une des propriétés d'un trou noir : ne pas laisser passer la lumière, être invisible. Pour être honnête, il convient de noter que P. Laplace n'était pas le seul scientifique et même formellement pas le tout premier à faire une telle prédiction. Relativement récemment, il s'est avéré qu'en 1783, un prêtre et géologue anglais, l'un des fondateurs de la sismologie scientifique, J. Michell, avait fait une déclaration similaire. Son argumentation est très proche de celle de P. Laplace.
Or, entre Français et Britanniques, il y a tantôt une demi-plaisanterie, tantôt un débat sérieux : qui doit être considéré comme le découvreur de la possibilité de l'existence d'étoiles invisibles - le Français P. Laplace ou l'Anglais J. Michell ? En 1973, les célèbres physiciens théoriciens anglais S. Hawking et G. Ellis, dans un livre consacré aux questions mathématiques spéciales modernes de la structure de l'espace et du temps, citent les travaux du Français P. Laplace avec la preuve de la possibilité de l'existence d'étoiles noires; A cette époque, les travaux de J. Michell n'étaient pas encore connus. À l'automne 1984, le célèbre astrophysicien anglais M. Riess, s'exprimant lors d'une conférence à Toulouse, a déclaré que même s'il n'est pas très pratique de parler sur le territoire français, il doit souligner que l'Anglais J. Michell a été le premier à prédire les étoiles invisibles et a montré un instantané de la première page de ses œuvres correspondantes. Cette remarque historique a été accueillie par des applaudissements et des sourires de la part des personnes présentes.
Comment ne pas se souvenir des discussions entre Français et Britanniques sur qui avait prédit la position de la planète Neptune à partir de perturbations dans le mouvement d'Uranus : le Français W. Le Verrier ou l'Anglais J. Adams ? Comme on le sait, les deux scientifiques ont indépendamment indiqué correctement la position de la nouvelle planète. Ensuite, le Français W. Le Verrier a eu plus de chance. C'est le sort de nombreuses découvertes. Souvent, elles sont réalisées presque simultanément et indépendamment par différentes personnes. Habituellement, la priorité est donnée à ceux qui ont pénétré plus profondément dans l'essence du problème, mais parfois il s'agit simplement de caprices de fortune.
Mais la prédiction de P. Laplace et J. Michell n’était pas encore une véritable prédiction d’un trou noir. Pourquoi?
Le fait est qu'à l'époque de P. Laplace, on ne savait pas encore que rien dans la nature ne pouvait se déplacer plus vite que la lumière. Il est impossible de distancer la lumière dans le vide ! Ceci a été établi par A. Einstein dans la théorie restreinte de la relativité dès notre siècle. Ainsi, pour P. Laplace, l'étoile qu'il envisageait n'était que noire (non lumineuse), et il ne pouvait pas savoir qu'une telle étoile perdrait la capacité de « communiquer » avec le monde extérieur de quelque manière que ce soit, de « rendre compte » rien aux mondes lointains sur les événements qui s'y déroulent. En d’autres termes, il ne savait pas encore que ce n’était pas seulement un « noir », mais aussi un « trou » dans lequel on pouvait tomber, mais dont il était impossible d’en sortir. Nous savons maintenant que si la lumière ne peut pas sortir d’une région de l’espace, alors rien ne peut en sortir, et nous appelons un tel objet un trou noir.
Une autre raison pour laquelle le raisonnement de P. Laplace ne peut pas être considéré comme rigoureux est qu'il a considéré des champs gravitationnels d'une force énorme, dans lesquels les corps en chute sont accélérés à la vitesse de la lumière, et la lumière émergente elle-même peut être retardée, et a appliqué la loi de la gravité de Newton.
A. Einstein a montré que la théorie de la gravité de Newton est inapplicable à de tels champs et a créé une nouvelle théorie valable pour les champs super forts ainsi que pour les champs à évolution rapide (pour lesquels la théorie de Newton est également inapplicable !), et l'a appelée la théorie générale de relativité. Ce sont les conclusions de cette théorie qu’il faut utiliser pour prouver la possibilité de l’existence des trous noirs et étudier leurs propriétés.
La relativité générale est une théorie étonnante. Elle est si profonde et élancée qu'elle évoque un sentiment de plaisir esthétique chez tous ceux qui la connaissent. Les physiciens soviétiques L. Landau et E. Lifshitz, dans leur manuel « Théorie des champs », l'ont qualifiée de « la plus belle de toutes les théories physiques existantes ». Le physicien allemand Max Born a déclaré à propos de la découverte de la théorie de la relativité : « Je l’admire en tant qu’œuvre d’art. » Et le physicien soviétique V. Ginzburg a écrit qu'il évoque "... un sentiment... semblable à celui ressenti en regardant les chefs-d'œuvre les plus remarquables de la peinture, de la sculpture ou de l'architecture".
De nombreuses tentatives de présentation populaire de la théorie d'Einstein peuvent, bien entendu, en donner une impression générale. Mais, à parler franchement, cela ressemble aussi peu au plaisir de connaître la théorie elle-même que la connaissance d'une reproduction de la « Madone Sixtine » diffère de l'expérience qui surgit en examinant l'original créé par le génie de Raphaël.
Et pourtant, lorsqu'il n'est pas possible d'admirer l'original, on peut (et devrait !) se familiariser avec les reproductions disponibles, de préférence de bonne qualité (et il y en a de toutes sortes).
Pour comprendre les incroyables propriétés des trous noirs, nous devons parler brièvement de certaines conséquences de la théorie de la relativité générale d'Einstein.
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Notre Univers est constitué de plusieurs milliards de galaxies. Le système solaire est situé à l'intérieur d'une galaxie assez grande, dont le nombre total dans l'Univers est limité à plusieurs dizaines de milliards d'unités.
Notre galaxie contient 200 à 400 milliards d'étoiles. 75 % d’entre elles sont des naines rouges pâles, et seulement quelques pour cent des étoiles de la galaxie sont similaires aux naines jaunes, le type spectral d’étoile auquel appartient la nôtre. Pour un observateur terrestre, notre Soleil est 270 mille fois plus proche de l'étoile la plus proche (). Dans le même temps, la luminosité diminue en proportion directe avec la diminution de la distance, de sorte que la luminosité visible du Soleil dans le ciel terrestre est de 25 magnitudes ou 10 milliards de fois supérieure à la luminosité visible de l'étoile la plus proche (). À cet égard, en raison de la lumière aveuglante du Soleil, les étoiles ne sont pas visibles dans le ciel diurne. Un problème similaire se produit lorsque l’on tente de photographier des exoplanètes autour d’étoiles proches. En plus du Soleil pendant la journée, vous pouvez voir la Station spatiale internationale (ISS) et les éruptions des satellites de la première constellation Iridium. Cela s’explique par le fait que la Lune, certains satellites artificiels (satellites artificiels de la Terre) dans le ciel terrestre semblent beaucoup plus brillants que les étoiles les plus brillantes. Par exemple, la luminosité apparente du Soleil est de -27 magnitudes, pour la Lune en pleine phase -13, pour les éruptions des satellites de la première constellation Iridium -9, pour l'ISS -6, pour Vénus -5, pour Jupiter et Mars. -3, pour Mercure -2, Sirius (l'étoile la plus brillante) a -1,6.
L'échelle de magnitude pour la luminosité apparente de divers objets astronomiques est logarithmique : une différence de luminosité apparente d'objets astronomiques d'une magnitude correspond à une différence de 2,512 fois, et une différence de 5 magnitudes correspond à une différence de 100 fois.
Pourquoi ne vois-tu pas les étoiles dans la ville ?
Aux problèmes d'observation des étoiles dans le ciel diurne s'ajoute le problème de l'observation des étoiles dans le ciel nocturne dans les zones peuplées (à proximité des grandes villes et des entreprises industrielles). La pollution lumineuse est dans ce cas causée par le rayonnement artificiel. Des exemples de tels rayonnements comprennent l'éclairage public, les affiches publicitaires lumineuses, les torches à gaz des entreprises industrielles et les projecteurs pour les événements de divertissement.
En février 2001, un astronome amateur américain, John E. Bortle, a créé une échelle lumineuse pour évaluer la pollution lumineuse dans le ciel et l'a publiée dans le magazine Sky&Telescope. Cette échelle comprend neuf divisions :
1. Ciel complètement sombre
Avec un tel ciel nocturne, non seulement il est clairement visible, mais les nuages individuels de la Voie lactée projettent des ombres claires. La lumière zodiacale avec contre-radiance (réflexion de la lumière solaire sur les particules de poussière situées de l'autre côté de la ligne Soleil-Terre) est également visible en détail. Les étoiles jusqu'à la magnitude 8 sont visibles à l'œil nu dans le ciel ; la luminosité du fond du ciel est de 22 magnitudes par arcseconde carrée.
2. Ciel sombre naturel
Avec un tel ciel nocturne, la Voie Lactée est clairement visible en détail ainsi que la lumière zodiacale ainsi que le contre-radiance. L'œil nu montre des étoiles avec une luminosité apparente allant jusqu'à 7,5 magnitudes, la luminosité du ciel de fond est proche de 21,5 magnitudes par arcseconde carrée.
3. Ciel de campagne
Avec un tel ciel, la lumière zodiacale et la Voie Lactée continuent d'être clairement visibles avec un minimum de détails. L'œil nu montre des étoiles jusqu'à la magnitude 7, la luminosité du ciel en arrière-plan est proche de la magnitude 21 par arcseconde carrée.
4. Le ciel de la zone de transition entre villages et banlieues
Avec un tel ciel, la Voie lactée et la lumière zodiacale continuent d'être visibles avec un minimum de détails, mais seulement partiellement - bien au-dessus de l'horizon. L'œil nu montre des étoiles jusqu'à une magnitude de 6,5, la luminosité du ciel en arrière-plan est proche de 21 magnitudes par seconde d'arc carré.
5. Ciel entourant les villes
Avec de tels cieux, la lumière zodiacale et la Voie lactée sont rarement visibles dans des conditions météorologiques et saisonnières idéales. L'œil nu montre des étoiles jusqu'à la magnitude 6, la luminosité du ciel en arrière-plan est proche de 20,5 magnitude par arcseconde carrée.
6. Ciel des banlieues urbaines
Avec un tel ciel, la lumière zodiacale n'est observée dans aucune condition, et la Voie Lactée n'est guère visible qu'au zénith. L'œil nu montre des étoiles jusqu'à une magnitude de 5,5, la luminosité du ciel en arrière-plan est proche de la magnitude 19 par seconde d'arc carré.
7. Le ciel de transition entre banlieues et villes
Dans un tel ciel, en aucun cas ni la lumière zodiacale ni la Voie lactée ne sont visibles. L'œil nu ne montre que les étoiles jusqu'à la magnitude 5, la luminosité du ciel en arrière-plan est proche de la magnitude 18 par arcseconde carrée.
8. Ciel de la ville
Dans un tel ciel, seuls quelques-uns des amas d’étoiles ouverts les plus brillants peuvent être observés à l’œil nu. L'œil nu ne montre que les étoiles jusqu'à une magnitude de 4,5, la luminosité du ciel en arrière-plan est inférieure à 18 magnitudes par arcseconde carrée.
9. Le ciel de la partie centrale des villes
Dans un tel ciel, seuls des amas d’étoiles sont visibles. Au mieux, l’œil nu montre des étoiles jusqu’à une magnitude de 4.
La pollution lumineuse provenant des installations résidentielles, industrielles, de transport et autres installations économiques de la civilisation humaine moderne conduit à la nécessité de créer les plus grands observatoires astronomiques dans les zones de haute montagne, aussi éloignées que possible des installations économiques de la civilisation humaine. Dans ces endroits, des règles spéciales sont observées pour limiter l'éclairage public, minimiser la circulation nocturne et construire des bâtiments résidentiels et des infrastructures de transport. Des règles similaires s'appliquent dans les zones spécialement protégées des observatoires les plus anciens, situés à proximité des grandes villes. Par exemple, en 1945, dans un rayon de 3 km autour de l'observatoire Pulkovo près de Saint-Pétersbourg, une zone de parc de protection a été organisée, dans laquelle la grande production résidentielle ou industrielle était interdite. Ces dernières années, les tentatives visant à organiser la construction de bâtiments résidentiels dans cette zone de protection sont devenues plus fréquentes en raison du coût élevé des terrains à proximité de l'une des plus grandes métropoles de Russie. Une situation similaire est observée autour des observatoires astronomiques de Crimée, situés dans une région extrêmement attractive pour le tourisme.
L'image de la NASA montre clairement que les zones les plus éclairées sont l'Europe occidentale, la partie orientale de la zone continentale des États-Unis, le Japon, la côte chinoise, le Moyen-Orient, l'Indonésie, l'Inde et la côte sud du Brésil. D'autre part, une quantité minimale de lumière artificielle est typique des régions polaires (en particulier de l'Antarctique et du Groenland), des zones de l'océan mondial, des bassins des fleuves tropicaux de l'Amazonie et du Congo, des plateaux tibétains de haute montagne, des régions désertiques de Afrique du Nord, Australie centrale, régions du nord de la Sibérie et de l'Extrême-Orient.
En juin 2016, la revue Science a publié une étude détaillée sur le thème de la pollution lumineuse dans diverses régions de notre planète (« Le nouvel atlas mondial de la luminosité artificielle du ciel nocturne »). L'étude a révélé que plus de 80 % des habitants de la planète et plus de 99 % des habitants des États-Unis et d'Europe vivent dans des conditions de pollution lumineuse grave. Plus d'un tiers des habitants de la planète sont privés de la possibilité d'observer la Voie lactée, dont 60 % des Européens et près de 80 % des Nord-Américains. La pollution lumineuse extrême affecte 23 % de la surface terrestre entre 75 degrés de latitude nord et 60 degrés de latitude sud, ainsi que 88 % de la surface de l'Europe et près de la moitié de la surface des États-Unis. En outre, l'étude note que les technologies d'économie d'énergie pour convertir l'éclairage public des lampes à incandescence aux lampes à LED entraîneront une augmentation d'environ 2,5 fois la pollution lumineuse. Cela est dû au fait que l'émission lumineuse maximale des lampes LED avec une température effective de 4 000 Kelvin tombe sur les rayons bleus, où la rétine de l'œil humain a une sensibilité lumineuse maximale.
Selon l'étude, la pollution lumineuse maximale est observée dans le delta du Nil, dans la région du Caire. Cela est dû à la densité de population extrêmement élevée de la métropole égyptienne : 20 millions d'habitants du Caire vivent sur une superficie d'un demi-millier de kilomètres carrés. Cela signifie une densité de population moyenne de 40 000 habitants par kilomètre carré, soit environ 10 fois la densité de population moyenne de Moscou. Dans certaines zones du Caire, la densité moyenne de population dépasse 100 000 habitants par kilomètre carré. Les autres zones les plus exposées se trouvent dans les zones métropolitaines de Bonn-Dortmund (près de la frontière entre l'Allemagne, la Belgique et les Pays-Bas), dans la plaine padanienne au nord de l'Italie, entre les villes américaines de Boston et Washington, autour des villes anglaises de Londres, Liverpool et Leeds, et dans la zone des mégapoles asiatiques Pékin et Hong Kong. Pour les résidents de Paris, il faut parcourir au moins 900 km jusqu'en Corse, au centre de l'Écosse ou dans la province espagnole de Cuenca pour voir des ciels sombres (niveaux de pollution lumineuse inférieurs à 8 % de la lumière naturelle). Et pour qu'un résident suisse puisse voir un ciel extrêmement sombre (le niveau de pollution lumineuse est inférieur à 1% de la lumière naturelle), il devra parcourir plus de 1360 km jusqu'au nord-ouest de l'Écosse, de l'Algérie ou Ukraine.
Le plus grand degré d'absence de ciel sombre se trouve dans 100 % de Singapour, 98 % du Koweït, 93 % des Émirats arabes unis (EAU), 83 % de l'Arabie saoudite, 66 % de la Corée du Sud, 61 % d'Israël, 58 % de l'Argentine, 53% de la Libye et 50% de Trinité-et-Tobago. La possibilité d'observer la Voie lactée est absente pour tous les résidents des petits États de Singapour, de Saint-Marin, du Koweït, du Qatar et de Malte, ainsi que pour 99 %, 98 % et 97 % des résidents des Émirats arabes unis, d'Israël et de l'Égypte. respectivement. Les pays ayant la plus grande part de territoire où il n'est pas possible d'observer la Voie lactée sont Singapour et Saint-Marin (100 chacun), Malte (89 %), la Cisjordanie (61 %), le Qatar (55 %), la Belgique et le Koweït ( 51% chacun), Trinité-et-Tobago, les Pays-Bas (43% chacun) et Israël (42%).
A l'opposé, le Groenland (seulement 0,12% de son territoire a un ciel sombre), la République Centrafricaine (RCA) (0,29%), le territoire Pacifique de Niue (0,45%), la Somalie (1,2%) et la Mauritanie (1,4 %) ont une pollution lumineuse minimale.
Malgré la croissance continue de l'économie mondiale et l'augmentation de la consommation d'énergie, on constate également une augmentation de l'éducation astronomique de la population. Un exemple frappant en est l'événement international annuel « Earth Hour », au cours duquel la majorité de la population éteint les lumières le dernier samedi de mars. Initialement, cette action a été conçue par le Fonds mondial pour la nature (WWF) comme une tentative de vulgariser les économies d'énergie et de réduire les émissions de gaz à effet de serre (lutte contre le réchauffement climatique). Cependant, dans le même temps, l'aspect astronomique de l'action a également gagné en popularité - le désir de rendre le ciel des mégalopoles plus adapté aux observations amateurs, au moins pour une courte période. La campagne a été menée pour la première fois en Australie en 2007, et l'année suivante, elle s'est répandue dans le monde entier. Chaque année, l'événement attire un nombre croissant de participants. Si en 2007, 400 villes de 35 pays ont participé à l'événement, en 2017, plus de 7 000 villes de 187 pays y ont participé.
Dans le même temps, on peut noter les inconvénients de l'action, qui consistent en un risque accru d'accidents dans les systèmes énergétiques mondiaux en raison de l'arrêt et de la mise en marche soudains et simultanés d'un grand nombre d'appareils électriques. En outre, les statistiques montrent une forte corrélation entre le manque d’éclairage public et l’augmentation des blessures, de la délinquance dans les rues et d’autres incidents d’urgence.
Pourquoi les étoiles ne sont-elles pas visibles sur les images de l’ISS ?
La photo montre clairement les lumières de Moscou, la lueur verdâtre des aurores à l’horizon et l’absence d’étoiles dans le ciel. L'énorme différence entre la luminosité du Soleil et celle des étoiles même les plus brillantes rend impossible l'observation des étoiles non seulement dans le ciel diurne depuis la surface de la Terre, mais également depuis l'espace. Ce fait montre clairement à quel point le rôle de la « pollution lumineuse » du Soleil est important par rapport à l’influence de l’atmosphère terrestre sur les observations astronomiques. Cependant, le fait qu'il n'y avait pas d'étoiles dans le ciel sur les photographies lors des vols habités vers la Lune est devenu l'une des principales « preuves » de la théorie du complot sur l'absence d'astronautes de la NASA volant vers la Lune.
Pourquoi les étoiles ne sont-elles pas visibles sur les photographies de la Lune ?
Si la différence entre la luminosité visible du Soleil et l'étoile la plus brillante - Sirius dans le ciel terrestre est d'environ 25 magnitudes ou 10 milliards de fois, alors la différence entre la luminosité visible de la pleine Lune et la luminosité de Sirius diminue à 11 magnitudes ou environ 10 mille fois.
À cet égard, la présence d'une pleine Lune n'entraîne pas la disparition des étoiles dans tout le ciel nocturne, mais rend seulement difficile leur observation à proximité du disque lunaire. Cependant, l’une des premières façons de mesurer le diamètre des étoiles a été de mesurer la durée du disque lunaire recouvrant les étoiles brillantes des constellations zodiacales. Naturellement, ces observations ont tendance à être effectuées à la phase minimale de la Lune. Un problème similaire de détection de sources faibles à proximité d'une source de lumière vive existe lorsque l'on essaie de photographier des planètes autour d'étoiles proches (la luminosité apparente de l'analogue de Jupiter dans les étoiles proches en raison de la lumière réfléchie est d'environ 24 magnitudes, tandis que l'analogue de la Terre n'est que d'environ 30 magnitudes. ). À cet égard, les astronomes n’ont jusqu’à présent pu photographier que de jeunes planètes massives lors d’observations dans l’infrarouge : les jeunes planètes sont très chaudes après le processus de formation des planètes. Ainsi, afin d’apprendre à détecter les exoplanètes autour des étoiles proches, deux technologies sont développées pour les télescopes spatiaux : la coronographie et l’interférométrie nulle. Selon la première technologie, une source lumineuse est recouverte par un disque éclipsé (éclipse artificielle) ; selon la seconde technologie, la lumière d'une source lumineuse est « annulée » à l'aide de techniques spéciales d'interférence d'ondes. Un exemple frappant de la première technologie est celui qui, depuis 1995, surveille l'activité solaire depuis le premier point de libration. Les images de la caméra coronographe à 17 degrés de l'observatoire spatial montrent des étoiles jusqu'à une magnitude de 6 (une différence de 30 magnitudes, soit un billion de fois).
En 2013, un événement étonnant s’est produit en astronomie. Les scientifiques ont vu la lumière d'une étoile qui a explosé... il y a 12 000 000 000 d'années, pendant l'âge sombre de l'Univers - comme en astronomie on appelle la période d'un milliard d'années qui s'est écoulée après le Big Bang.
Lorsque l’étoile est morte, notre Terre n’existait pas encore. Et c'est seulement maintenant que les Terriens ont vu sa lumière - errant à travers l'Univers pendant des milliards d'années, adieu.
Pourquoi les étoiles brillent-elles ?
Les étoiles brillent en raison de leur nature. Chaque étoile est une énorme boule de gaz maintenue ensemble par la gravité et la pression interne. Des réactions de fusion thermonucléaire intenses ont lieu à l'intérieur de la boule, la température atteint des millions de kelvins.
Cette structure assure le rayonnement monstrueux d'un corps cosmique, capable de parcourir non seulement des milliards de kilomètres (l'étoile la plus proche du Soleil, Proxima Centauri, fait 39 mille milliards de kilomètres), mais aussi des milliards d'années.
Les étoiles les plus brillantes observées depuis la Terre sont Sirius, Canopus, Toliman, Arcturus, Vega, Capella, Rigel, Altair, Aldebaran et d'autres. 
Leur couleur visible dépend directement de la luminosité des étoiles : les étoiles bleues sont supérieures en intensité de rayonnement, suivies du bleu-blanc, du blanc, du jaune, du jaune-orange et du rouge-orange.
Pourquoi les étoiles ne sont-elles pas visibles pendant la journée ?
La raison en est l'étoile la plus proche de nous, le Soleil, dans le système de laquelle la Terre est incluse. Bien que le Soleil ne soit pas l’étoile la plus brillante ni la plus grande, la distance qui le sépare de notre planète est si petite en termes d’échelles cosmiques que la lumière du soleil inonde littéralement la Terre, rendant invisibles toutes les autres faibles lueurs.
Afin de vérifier personnellement ce qui précède, vous pouvez mener une expérience simple. Faites des trous dans la boîte en carton et marquez l'intérieur avec une source de lumière (lampe de table ou lampe de poche). Dans une pièce sombre, les trous brilleront comme de petites étoiles. Et maintenant, « allumez le soleil » - la lumière du plafond - les « étoiles en carton » disparaîtront. 
Il s’agit d’un mécanisme simplifié qui explique pleinement le fait que nous ne pouvons pas voir la lumière des étoiles pendant la journée.
Les étoiles sont-elles visibles de jour depuis le fond des mines et des puits profonds ?
Pendant la journée, les étoiles, bien que non visibles, sont toujours dans le ciel - contrairement aux planètes, elles sont statiques et sont toujours au même point.
Il existe une légende selon laquelle les étoiles diurnes peuvent être vues depuis le fond de puits profonds, de mines et même de cheminées suffisamment hautes et larges (pour accueillir une personne). Cela est considéré comme vrai depuis un nombre record d'années - depuis Aristote, un ancien philosophe grec qui a vécu au 4ème siècle avant JC. e., avant John Herschel, astronome et physicien anglais du 19ème siècle.
Il semblerait : quoi de plus simple : descendez dans le puits et vérifiez ! Mais pour une raison quelconque, la légende a perduré, même si elle s'est avérée absolument fausse. Les étoiles ne sont pas visibles depuis les profondeurs de la mine. Tout simplement parce qu’il n’y a pas de conditions objectives pour cela.
Peut-être que la raison de l'apparition d'une déclaration aussi étrange et tenace est l'expérience proposée par Léonard de Vinci. Pour voir l'image réelle des étoiles vues de la Terre, il a fait de petits trous (de la taille d'une pupille ou moins) dans un morceau de papier et les a placés sur ses yeux. Qu'est-ce qu'il a vu? De minuscules points de lumière – pas de gigue ni de « rayons ».
Il s’avère que l’éclat des étoiles est dû à la structure de notre œil, dans lequel le cristallin courbe la lumière et possède une structure fibreuse. Si nous regardons les étoiles à travers une petite ouverture, nous faisons passer un rayon de lumière si fin dans la lentille qu’il passe par le centre, presque sans se plier. Et les étoiles apparaissent sous leur vraie forme, sous forme de petits points.
Ecologie de la connaissance. Science et découvertes : L'Univers est infini et il ne contient pas de nombre d'étoiles. Au centre de la forêt, qui est plus petite que l'Univers, et où il n'y a pas autant d'arbres que d'étoiles, on ne voit pas les interstices - le champ de vision est bloqué par des troncs et des feuilles. Pourquoi alors le ciel nocturne n’est-il pas plein d’étoiles ? C'est le paradoxe d'Olbers, ou paradoxe photométrique. Aujourd'hui, nous allons trouver une solution pour lui.
L’Univers est infini et il ne contient pas de nombre d’étoiles. Au centre de la forêt, qui est plus petite que l'Univers, et où il n'y a pas autant d'arbres que d'étoiles, on ne voit pas les interstices - le champ de vision est bloqué par des troncs et des feuilles.
Pourquoi alors le ciel nocturne n’est-il pas plein d’étoiles ? C'est le paradoxe d'Olbers, ou paradoxe photométrique. Aujourd'hui, nous allons trouver une solution pour lui.
Un télescope puissant peut voir autant d’étoiles dans un petit carré du ciel. Le fait est qu’il devrait y en avoir encore plus.
Science contre Logiques
Le mystère de la raison pour laquelle il y a si peu d'étoiles dans le ciel nocturne tourmentait les astronomes même au XIXe siècle scientifiquement mature. Grâce aux télescopes, il est vrai, les scientifiques ont vu beaucoup plus de luminaires - mais moins qu'il n'en brûle dans l'Univers sans fin. Sous les arches des fronts érudits, la logique insistait sur le fait que le ciel nocturne devait ressembler à l'animation qui se trouvait à côté.
La solution au paradoxe s’est avérée encore plus simple que la formulation.
Étoiles invisibles
Commençons par le fait que les astronomes du dernier millénaire n’avaient pas si tort. La photo ci-dessous a été prise par le télescope orbital Hubble (un appareil incroyablement cool). Il s’agit ici d’une pièce mesurant 1/13 000 000 de la sphère céleste entière.
Ciel selon le paradoxe d'Olbers
Toutes ces étoiles colorées sont des galaxies invisibles à l’œil nu. Pour prendre cette photo, le télescope a dû aller dans l'espace, utiliser des matrices ultra-sensibles et tenir le cadre pendant plus de 11 jours ! De telles technologies ne sont apparues qu’à la fin du siècle dernier.
Champ ultra profond de Hubble
Si une personne pouvait voir tout ce qu'un télescope en orbite peut voir, le ciel nocturne serait aussi brillant que le centre du bras de notre Voie Lactée ! Cependant, il existe encore des lacunes noires que nie le paradoxe d'Olbers. La réponse à ces vides réside dans la même raison pour laquelle les galaxies sont cachées à l’œil nu.
L'univers s'étend trop vite
Nous avons déjà discuté ensemble de la façon dont et pourquoi le monde qui nous entoure se gonfle. En bref, la lumière des galaxies lointaines parcourt une plus grande distance jusqu’à nous qu’elle ne le faisait lorsqu’elle quittait notre foyer. Cela crée un effet redshift - la fréquence et l'énergie des rayons des étoiles lointaines diminuent.
Qu’est-ce qui en découle ? Il existe des étoiles si lointaines dont les rayons s'estompent avant même d'atteindre la Terre. Par conséquent, il y a de la lumière dans les abîmes noirs de l’espace – nous ne la voyons tout simplement jamais.
Redshift
À propos, la distance est la principale source du paradoxe photométrique. Plus d'informations à ce sujet ci-dessous.
Il faut du temps pour que la lumière atteigne la Terre. Il parcourt 149 600 000 kilomètres du Soleil jusqu'à nous en 8,3 minutes, et 81360544648396 kilomètres depuis l'étoile Sirius en 8,6 ans. Plus la distance est grande, plus la lumière voyage longtemps, tout est clair ici.
Notre Univers a environ 13,8 milliards d'années. Mais les dimensions de l’espace sont infinies ! Les télescopes les plus puissants étaient capables de détecter la lumière à une distance de 12 à 13 milliards d'années. Cela signifie que les espaces galactiques restent invisibles - ils sont si loin que le rayonnement n'a physiquement pas eu le temps d'atteindre même sous la forme de neutrinos insaisissables !
L’horizon des événements a beaucoup à voir avec la raison pour laquelle les trous noirs sont noirs.
À mesure que l’Univers s’étend, la lumière doit parcourir des distances encore plus grandes. Et un jour, à la périphérie du monde, l’expansion deviendra égale à la vitesse de la lumière – cela établira ce qu’on appelle l’horizon des événements. Elle se rapprochera de plus en plus de nous jusqu'à ce que même les étoiles les plus proches ne soient plus visibles.
Cela ne se produira que si l’expansion se poursuit, et après plusieurs milliards d’années. Nous avons récemment écrit sur les catastrophes spatiales à grande échelle - même les attraper est plus facile que d'attendre l'horizon des événements à votre porte.
Enfin
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Il s'avère que l'énigme d'Olbers n'est pas du tout un paradoxe - c'est juste que les lois de la physique ne permettent pas à toutes les étoiles de nous aveugler les yeux en même temps. Cependant, cela ne peut pas arrêter les scientifiques et ils continuent de découvrir de nouvelles étoiles. publié
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