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Sophie van Eck, la chasseuse belge d’étoiles

Image d'illustration. | © Unsplash / Aperture Vintage

Société

Astrophysicienne à l’ULB où elle enseigne actuellement à la faculté des sciences et anciennement chercheuse qualifiée FNRS pendant 20 ans, Sophie Van Eck a participé à une découverte capitale concernant une étoile géante située à 530 années lumière de notre planète, dans la Constellation de la Grue. Elle a eu le privilège d’avoir accès aux télescopes de l’Observatoire Européen Austral au Chili.

 

Paris Match. Vous avez participé, avec votre équipe de chercheurs de l’Institut d’Astronomie et d’Astrophysique de l’Université libre de Bruxelles, à l’observation de la surface bouillonnante d’une étoile géante, baptisée pi Gruis. Quelles sont les implications d’une telle découverte ?

Sophie Van Eck : À travers elle, il s’agissait d’étudier le mécanisme de la convection, phénomène qui se produit par exemple lorsque l’eau contenue dans une casserole posée sur une source de chaleur entre en ébullition. Ce phénomène physique est courant puisqu’il se produit également dans l’atmosphère terrestre ou dans les étoiles. La convection peut contribuer à transporter de l’énergie, à générer des pulsations ou à créer un effet dynamo. Il est important de mieux comprendre son rôle dans la structure et l’évolution des étoiles. On sait que notre soleil est doté de deux millions de cellules convectives de surface. Or pi Gruis est une étoile géante dont le rayon est 700 fois plus grand que celui du soleil. La convection s’y produit de manière différente. La méthode employée avec ma collaboratrice C. Paladini dans le cadre de cette étude a permis non seulement de reconstituer l’image de la surface de l’étoile, mais aussi de mesurer l’étendue des cellules de convection. Celles-ci sont moins nombreuses (quelques dizaines) mais beaucoup plus grandes que celles du Soleil (120 millions de kilomètres). Ce qui nous a permis au passage de valider les simulations de convection faites par ordinateur pour différents types d’étoiles de masses différentes.

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Tout récemment encore, des observations associant détection d’ondes gravitationnelles et signaux électromagnétiques ont permis d’assister pour la première fois à la fusion d’étoiles à neutrons. On a l’impression d’avancer à pas de géant dans la compréhension de l’univers. Quelles sont les énigmes astrophysiques que l’on est en passe d’élucider ?

On n’a peut-être pas assez insisté sur le fait que cette observation de fusion d’étoiles à neutrons permettait de comprendre comment sont produits les éléments plus lourds que le fer. Ceux-ci sont fabriqués grâce à deux processus dont l’un nous était complètement inconnu, en l’occurrence par le biais de cette fusion (collision) d’étoile à neutrons. En analysant la source lumineuse, on a pu observer les traces d’éléments fraîchement fabriqués. Aujourd’hui, on peut observer des fusions d’étoiles à neutrons et de trous noirs car lors de ce choc, ils émettent des ondes gravitationnelles ; demain, on pourra en observer encore davantage et ainsi avoir une idée plus exacte des masses des trous noirs.

À travers le prisme des chiffres et des formules, Sophie Van Eck apprivoise l’infiniment lointain. © Paris Match / Matière Grise

Lors d’un colloque resté dans les mémoires, vous avez utilisé cette métaphore en qualifiant les étoiles d’alchimistes de l’univers. Vous pouvez détailler votre pensée ?

C’est une métaphore assez connue, je voulais dire par là que tous les éléments chimiques que l’on trouve sur Terre et dans l’univers n’ont pas été fabriqués par le Big Bang, qui a produit uniquement de l’hydrogène et de l’hélium. Juste après, l’univers, composé alors de ces deux seuls éléments, est devenu trop froid pour que la fusion de noyaux soit effective et puisse continuer à fabriquer des éléments plus lourds. Il fallait donc de nouveau points chauds, ce sont les étoiles ! Ce sont elles, du fait de leur température élevée, qui ont construit tous les autres éléments chimiques que nous connaissons. Ceci démontre que notre système solaire est le fruit de plusieurs générations d’étoiles qui se sont succédées auparavant. Celles-ci ont fabriqué des éléments lourds et les ont ensuite dispersé dans leur portion d’univers ; ce sont ces déchets qui ont créé notre monde, confirmant par là le mot d’Hubert Reeves selon lequel nous sommes des « poussières d’étoiles ».

On sait aujourd’hui que l’univers est essentiellement composé de matière noire, à ne pas confondre avec les trous noirs. Où en est-on aujourd’hui à ce sujet ?

Dans l’univers, il y a environ cinq fois plus de matière noire que de matière visible. Quand on regarde la manière dont les étoiles tournent autour du centre de leur galaxie, on peut en déduire la masse de la galaxie : c’est la masse dynamique. La luminosité d’une galaxie, quant à elle, est un bon indicateur de la quantité d’étoiles présentes dans cette galaxie : elle fournit donc la masse lumineuse. On mesure les masses de nombreuses galaxies par ces deux méthodes, mais ces deux masses ne sont pas en accord : la masse lumineuse est toujours très inférieure à la masse dynamique. On suppose donc qu’il y a de la matière noire, non lumineuse, sans que l’on sache de quoi elle est constituée. Je pense qu’on arrivera sans doute à lever un coin du voile, mais cela ne sera pas facile. Pour cela il sera peut-être nécessaire de réconcilier la théorie de la relativité générale et celle de la mécanique quantique. Il nous manque actuellement une théorie unifiée.

Quels sont vos projets de recherche dans le futur ?

Je vais continuer à essayer de mieux comprendre la manière dont les étoiles fabriquent des éléments chimiques plus lourds que l’hélium. Les étoiles possèdent une grande diversité d’abondances chimiques, certaines présentant des anomalies d’abondance. La question est de savoir comment celles-ci ont pu être générées.

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