Entre les étoiles, un milieu turbulent

Yaël Nazé, qu’est-ce que le milieu interstellaire ?

C’est l’espace entre les étoiles au sein d’une galaxie. Au départ, nous pensions qu’il était totalement vide mais c’est loin d’être le cas !

Où se situe-t-il par rapport à nous ?

On peut considérer que le milieu interstellaire commence à la sortie du Système Solaire. Mais comment définir cette sortie ? On peut utiliser comme frontière le bord de la bulle soufflée par le vent solaire, qui est la matière émise par le Soleil. Les deux sondes Voyager envoyées initialement pour explorer les planètes géantes¹, sont ici d’excellentes références. Elles ont quitté le Système Solaire après 35 ans de voyage ! Aujourd’hui, elles sont chacune à plus de 100 unités astronomiques (UA), c’est-à-dire à plus de cent fois la distance Terre-Soleil². La frontière pourrait aussi être placée par rapport au nuage d’Oort. Ce réservoir à comètes est l’objet le plus lointain qui gravite autour du Soleil. En effet, il est à des dizaines de milliers d’UA. Le milieu interstellaire pourrait débuter après ce nuage cométaire.

De quoi est-il constitué ?

Principalement de gaz et de grains de poussière. Le gaz est composé d’environ 73 % d’hydrogène, 25 % d’hélium. Les 2 % restants sont des éléments dits “lourds” comme le carbone, le fer et l’oxygène. Quant aux grains, ce sont des particules complexes et solides, de taille inférieure au micron³. Ils représentent à peine 1 % de la masse du milieu interstellaire. Cette poussière se forme notamment quand des étoiles en fin de vie éjectent de la matière dans leur voisinage.

Y fait-il froid ?

C’est un écosystème où la température varie entre l’extrêmement froid et l’extrêmement chaud. Et sa densité n’est pas en reste ! Le composant le plus chaud (un million de kelvins) provient des supernovae⁴. Certaines zones, illuminées par la lumière UV émise par des étoiles ultra-massives, peuvent atteindre environ 10 000 K. En effet, un million de fois plus lumineuses que le Soleil, ces étoiles chauffent le gaz en l’ionisant.

Il y a aussi des milieux plutôt neutres, à une bonne centaine de kelvins, et d’autres très froids à quelques dizaines de kelvins. Ce sont les nuages moléculaires. Ils rassemblent les conditions de densité et de température propices à la naissance des étoiles. Pour résumer, le rayonnement stellaire chauffe ou pousse la matière froide où naissent de nouvelles étoiles. À leur mort, celles-ci rejettent leurs couches extérieures qui redeviennent nuages… et ainsi de suite.

Cela semble très dynamique…

Oui ! Il y a des échanges en permanence qui permettent ce recyclage de la matière. On voit un peu de tout dans cet espace. Des zones froides qui ressemblent à des éponges, des zones chaudes sous forme de cheminées, des gros et des petits nuages, localisés ou diffus… Ces différents milieux sont en équilibre, mais il est vrai que l’ensemble est turbulent. Toute cette variété dans le milieu interstellaire reflète les différentes étapes de la vie d’une étoile.

Abrite-t-il des exoplanètes ?

La majorité des planètes que l’on connaît sont attachées à une étoile, donc par définition elles ne font pas partie du milieu interstellaire. Mais quand un système planétaire se forme, des morceaux d’astéroïdes ou même des planètes sont éjectés. Nous en avons détecté quelques-unes qui errent dans le milieu interstellaire.

Cet espace est-il étudié depuis peu ?

Il intriguait déjà les premiers observateurs du ciel. L’arrivée des lunettes et des télescopes a permis de repérer de nombreuses tâches floues, appelées les nébuleuses. Les astronomes Herschel et Messier en ont d’ailleurs catalogué un certain nombre. Au 19^e siècle, en analysant précisément leur lumière grâce à la spectroscopie⁵, les scientifiques ont compris qu’il s’agit de nuages de gaz et de poussières. Des signatures de différents éléments chimiques ont été identifiées. Preuve que le milieu interstellaire n’est pas vide. L’évolution des techniques nous a bien aidés ! C’est notamment grâce à l’infrarouge et aux rayons X que nous avons découvert des milieux très chauds et d’autres très froids. Sans parler des sondes Voyager, qui aujourd’hui encore récoltent de nombreuses données sur la transition entre le vent solaire et le milieu interstellaire…

L’Europe est-elle en pointe dans ces recherches ?

On pense toujours à la Nasa, mais ici aussi on est très bons ! La fameuse idée qu’il pourrait y avoir de l’hydrogène neutre dans le cosmos a d’ailleurs été prédite par un Hollandais durant la Seconde Guerre mondiale. La France et d'autres pays d’Europe possèdent d’excellents instruments dont plusieurs télescopes. Parmi eux, il y avait notamment Herschel qui a donné de superbes images de zones froides mais brillantes, c’est incroyable. Il faut aussi savoir que les scientifiques qui étudient le milieu interstellaire se concentrent sur la matière elle-même, quand elle n’est pas encore condensée en quelque chose. Et il est compliqué d’envoyer des missions, si loin.

Quel est l’intérêt de le comprendre ?

Mieux connaître la formation des systèmes permet de savoir d’où l’on vient. Les composés de cet écosystème sont les précurseurs de la vie. Tout ce dont nous avons besoin pour la vie sur Terre est dans l’espace. On dit toujours que nous sommes poussières et redeviendrons poussières… Mais nous pourrions dire que nous sommes milieu interstellaire et redeviendrons milieu interstellaire !