Le mystère I Zwicky 18

I Zwicky 18 est une galaxie irrégulière située dans la constellation de la Grande Ourse à environ 59 millions d’années-lumière de la Voie lactée. Sa composition chimique et sa morphologie en font un lieu d’étude privilégié pour percer les mystères de l’univers.

I Zwicky 18 n’est pas le nom de code d’un programme top secret ou l’immatriculation d’un cyborg extraterrestre. C’est une galaxie naine bleue compacte que certains nomment aussi Markarian 116. Sa morphologie et sa composition chimique sont celles qu’on rencontre habituellement chez les galaxies les plus lointaines, et donc observées peu après leur formation. Deux de ses régions particulièrement brillantes sont riches en jeunes étoiles bleues faisant de I Zwicky 18 un laboratoire parfait pour observer la naissance et la petite enfance des étoiles.

Cependant, les observations spectroscopiques de I Zwicky 18 depuis la Terre ont montré que cette galaxie est presque exclusivement constituée d’hydrogène et d’hélium, deux éléments très légers issus de la nucléosynthèse primordiale du Big Bang. « Sa métallicité est donc très faible : elle ne contient que très peu d’éléments lourds, tels que le carbone, l’oxygène ou le fer, susceptibles de catalyser la formation de nouvelles étoiles, » explique Georges Comte, astrophysicien émérite au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, « la raison pour laquelle cette galaxie connaît actuellement un sursaut de formation stellaire demeure ainsi une énigme qui passionne mes confrères et moi même. »

I_Zwicky_18Au centre, I Zwicky 18 donne l’impression de s’enfoncer dans des nuages. Il s’agit en fait de                                                                                                           filaments de gaz issus de supernovae. Photo prise par le télescope Hubble.

I Zwicky 18 est entourée de volutes bleues, filaments de gaz issus d’une génération précédente de jeunes étoiles chaudes, expulsées du cœur de la galaxie par leur vent stellaire et leurs explosions en supernovae. Pourquoi diable I Zwicky 18 s’écarte-t-elle de la physique interstellaire usuelle ? Personne ne le sait. « Et ce n’est pas faute d’essayer de le savoir ! » déclare Georges Comte. I Zwicky 18 a fait l’objet d’études poussées à l’aide de la plupart des instruments d’observation disponibles, qu’il s’agisse du télescope spatial Spitzer dans le domaine infrarouge, du télescope spatial Hubble dans le domaine de la lumière visible, du télescope spatial FUSE dans l’ultraviolet et du télescope spatial Chandra dans le domaine des rayons X.

« Toutes les données ont été analysées, décortiquées, chaque information apportée par la lumière qu’elle émet a été passée à la loupe, » explique le chercheur. Rien n’y fait. Au travers d’ I Zwicky 18, l’univers nous rappelle qu’il nous cache encore bien des secrets.

 

Renaud Levantidis

 

De l’or et de la lumière contre le cancer

Une nouvelle méthode de traitement du cancer est à l’étude à l’Institut Fresnel à Marseille. La thérapie photo-thermale devrait révolutionner la médecine dans les prochaines années, permettant de détruire les cellules cancéreuses avec précision sans effet nocif pour le reste du corps.

« La lumière, c’est notre outil de prédilection, » explique Guillaume Baffou, chargé de recherche au CNRS à l’Institut Fresnel à Marseille. Son travail quotidien est d’illuminer avec un faisceau laser des nano-particules d’or. Pourquoi ? « Parce que la physique du processus est à peine plus compliquée qu’une carrosserie de voiture en plein soleil, » répond le chercheur, « le métal chauffe quand il est illuminé, que ce soit celui d’une voiture ou des nano-particules d’or. » Les nanosources de chaleur ainsi obtenues sont de véritables mines…d’or pour le développement d’applications dans le domaine des nanosciences.

L’application la plus médiatisée découlant du chauffage de nano-particules d’or est la thérapie photo-thermale du cancer. L’idée date de 2003 et consiste à détruire des tumeurs grâce à de la lumière. Pour le moins révolutionnaire et audacieuse, « la technique nécessite des années de développement avant d’être viable, » explique Guillaume Baffou. Des nano-particules d’or doivent être intégrées à des cellules cancéreuses, puis un laser infra-rouge vient les éclairer pour les chauffer à 46 degrés. « Pas plus, sinon l’effet est nocif pour le corps, pas moins, sinon il n’y a pas d’effet, » note le chercheur, «  l’effet escompté étant évidemment la destruction des cellules cancéreuses. »

nanoparticule

Schéma de nanoparticules d’or chauffées au contact d’un cellule cancéreuse

Ce qui freine le développement du traitement, c’est justement la difficulté de mesurer la température des nanoparticules d’or et de les stabiliser à 46 degrés exactement. Depuis 4 ans, Guillaume Baffou travaille à la création d’un microscope thermique de haute précision utilisant un effet de mirage pour régler ce problème. « Quand un milieu chauffe, l’image se déforme, comme sur la route l’été, » explique le physicien, « car quand on chauffe un milieu, la lumière va plus vite. » La technique de microscopie thermique que Guillaume et son équipe développent permet de voir cette différence à l’échelle nanométrique, avec une précision de l’ordre du degré.

Du reste, l’or est un métal de prédilection pour la physique et la médecine, en plus de l’être pour les joailliers. « C’est le métal le moins toxique pour le corps et avec la meilleure réponse aux infra-rouges, » déclare le scientifique. Sans compter que l’on sait depuis plusieurs années greffer des protéines sur l’or, qui iront reconnaître les cellules cancéreuses. « Avec un peu d’imagination, le chauffage de nano-particules d’or peut aussi donner de nombreuses autres applications ! », s’enthousiasme Guillaume Baffou. En 2006, des scientifiques ont eu l’idée de déposer des molécules médicamenteuses à la surface de particules d’or, puis d’envoyer un laser à un endroit précis du corps, permettant la libération précise des principes actifs. Plus que jamais, la science prouve une fois de plus que tout ce qui nous entoure, comme un peu d’or savamment éclairé, pourra peut être un jour nous sauver.

Renaud Levantidis

Que représente la lumière pour vous ?

De nombreux scientifiques des laboratoires du consortium « Éclats de Lumière » nous ont expliqué ce que représentait la lumière pour eux. Aujourd’hui, c’est George Comte, astrophysicien émérite au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille qui partage avec nous sa « vision » de la lumière…

 

Le laboratoire des étoiles

Les chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille scrutent l’espace à la recherche de petites galaxies fossiles couleur azur. Les naines bleues compactes sont les laboratoires de la naissance des étoiles.

Observer la naissance d’une étoile. Comme un film, comme celui de votre enfance qui prend la poussière dans ce placard chez vos parents. Si l’on pouvait échographier les galaxies, cela arrangerait bien Georges Comte, astrophysicien émérite du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM), « mais ce serait moins amusant, » sourit-il. Pour savoir comment une étoile se forme, il faut trouver des galaxies où les étoiles sont très jeunes, massives et lumineuses. « Cela leur donne une jolie couleur bleue, » explique le chercheur, « on les nomme les naines bleues compactes. »

This sprinkle of cosmic glitter is a blue compact dwarf galaxy known as Markarian 209. Galaxies of this type are blue-hued, compact in size, gas-rich, and low in heavy elements. They are often used by astronomers to study star formation, as their conditions are similar to those thought to exist in the early Universe. Markarian 209 in particular has been studied extensively. It is filled with diffuse gas and peppered with star-forming regions towards its core. This image captures it undergoing a particularly dramatic burst of star formation, visible as the lighter blue cloudy region towards the top right of the galaxy. This clump is filled with very young and hot newborn stars. This galaxy was initially thought to be a young galaxy undergoing its very first episode of star formation, but later research showed that Markarian 209 is actually very old, with an almost continuous history of forming new stars. It is thought to have never had a dormant period — a period during which no stars were formed — lasting longer than 100 million years. The dominant population of stars in Markarian 209 is still quite young, in stellar terms, with ages of under 3 million years. For comparison, the Sun is some 4.6 billion years old, and is roughly halfway through its expected lifespan. The observations used to make this image were taken using Hubble’s Wide Field Camera 3 and Advanced Camera for Surveys, and span the ultraviolet, visible, and infrared parts of the spectrum. A scattering of other bright galaxies can be seen across the frame, including the bright golden oval that could, due to a trick of perspective, be mistaken as part of Markarian 209 but is in fact a background galaxy. A version of this image was entered into the Hubble's Hidden Treasures image processing competition by contestant Nick Rose. Links:  Nick Rose’s Hidden Treasures entry on Flickr
La galaxie naine bleue compacte Markarian 209 capturée par le télescope Hubble.

 

Lorsqu’une étoile d’une galaxie naine bleue compacte nous éclaire, elle nous dévoile en même temps sa composition. A l’œil, elle parait bleue à cause de sa forte température et de sa vigoureuse luminosité. « Les galaxies naines bleues compactes sont notre laboratoire, » raconte Georges Comte, « c’est comme observer un service de maternité à l’hôpital…mais à des millions d’années lumières de nous ! » La lumière bleue des étoiles apporte aux scientifiques les informations qui vont permettre de retracer et standardiser leur évolution. À partir de cela, il est établi des modèles, de plus en plus précis, de la naissance et de la petite enfance des étoiles.

The bright streak of glowing gas and stars in this NASA/ESA Hubble Space Telescope image is known as PGC 51017, or SBSG 1415+437. It is type of galaxy known as a blue compact dwarf. This particular dwarf is well studied and has an interesting star formation history. Astronomers initially thought that SBS 1415+437 was a very young galaxy currently undergoing its very first burst of star formation, but more recent studies have suggested that the galaxy is in fact a little older, containing stars over 1.3 billion years old. Starbursts are an area of ongoing research for astronomers — short-lived and intense periods of star formation, during which huge amounts of gas within a galaxy are hungrily used up to form newborn stars. They have been seen in gas-rich disc galaxies, and in some lower-mass dwarfs. However, it is still unclear whether all dwarf galaxies experience starbursts as part of their evolution. It is possible that dwarf galaxies undergo a star formation cycle, with bursts occurring repeatedly over time. SBS 1415+437 is an interesting target for another reason. Dwarf galaxies like this are thought to have formed early in the Universe, producing some of the very first stars before merging together to create more massive galaxies. Dwarf galaxies which contain very few of the heavier elements formed from having several generations of stars, like SBS 1415+437, remain some of the best places to study star-forming processes similar to those thought to occur in the early Universe. However, it seems that our nearby patch of the Universe may not contain any galaxies that are currently undergoing their first burst of star formation. A version of this image was entered into the Hubble’s Hidden Treasures image processing competition by contestant Nick Rose.
Le nuage de lumière bleue au centre de cette image du télescope Hubble est connu sous le nom de PGC 51017, ou SBSG 1415+437, une autre galaxie naine bleue compacte.

 

Si les galaxies naines bleues compactes portent leur nom en raison des amas d’étoiles naissantes qui les composent, elles n’en sont pas pour autant de jeunes galaxies. « Il y a parmi ces étoiles bleues, quelques étoiles gigantesques et rouges, prêtes à finir leur vie,  » raconte le chercheur. « Celles-ci montrent que ces galaxies naines sont très âgées ». Véritables pouponnières à étoiles professionnelles qui explosent dans tous les sens, les naines bleues compactes sont les galaxies les moins évoluées chimiquement dans l’univers. Elles pourraient, selon certains scientifiques, être des fossiles vivants du temps des premières galaxies. « Elles constituent en tout cas d’excellentes zones dans l’univers local pour étudier la formation d’étoiles et l’évolution des galaxies…Tout ça, grâce à une jolie lumière bleue, » conclut l’astrophysicien.

Renaud Levantidis

Lumière sur le cerveau

 

Et si les neurones se reconnaissaient entre eux grâce à de la lumière ? Les cellules du cerveau sont encore bien mystérieuses pour les scientifiques qui pensent aujourd’hui que les neurones communiqueraient par infra-rouges.

originalLes neurones s’enverraient des signaux lumineux…

Comment les neurones se reconnaissent-ils entre eux ? La complexité du réseau neuronal qui constitue le cerveau humain offre chaque jour de nouveaux défis aux scientifiques. Les neurones sont des cellules « étoilées, » car de leur centre cellulaire partent des dendrites, sorte de long bras qui vont jusqu’aux neurones suivants. Jusqu’alors, la façon dont ces dendrites s’orientaient dans l’espace pour aller rejoindre un autre neurone était un mystère. Les scientifiques du monde entier se disputaient sur le sujet : est-ce chimique ? est-ce thermique ? est-ce physique ? « La force de la recherche aujourd’hui c’est qu’elle se fait aux interfaces entre les disciplines, » clame Guillaume Baffou, chargé de recherche au CNRS à L’Institut Fresnel, « les chimistes, les biologistes et les physiciens sont désormais obligés de travailler et de communiquer ensemble pour faire avancer la science. »

C’est de ce principe qu’est né une théorie que Guillaume Baffou espère bien vérifier dans les années à venir. Selon lui, « les neurones sont sensibles aux infra-rouges, peut être même qu’ils communiquent grâce à cette lumière si particulière. » Des scientifiques ont récemment montré qu’avec un faisceau infra-rouge à proximité, les dendrites des neurones se dirigeaient vers celui-ci. Problème : est ce la chaleur dégagée par le faisceau ou la lumière de ce dernier qui attire les dendrites ? Grâce à la technique de microscopie thermique par effet mirage qu’a développé Guillaume et son équipe, le physicien entend bien mettre un terme au débat. « Mon intuition c’est que ce n’est pas thermique, » déclare-t-il, « car cela ne marche que si le faisceau d’infra-rouges clignote. » Or la chaleur est un processus lent qui ne « clignote pas. »

Armés de la précision de la microscopie thermique par effet mirage, qui permet de voir la déformation d’un faisceau lumineux à cause de la chaleur à l’échelle nanométrique, des scientifiques de disciplines théoriquement éloignées se joignent alors au projet. « Si on obtient les financements, on saura très vite ce qu’il en est ! » espère Guillaume Baffou. Qui sait ? Dans quelques années, on vous annoncera peut être que tous les hommes ont en fait un brillant cerveau.

Renaud Levantidis

Comment faire parler la lumière ?

La lumière, c’est la matière première des astrophysiciens. Pourtant si simple, si commune, c’est elle qui transporte l’information à travers tout l’univers. Son analyse approfondie n’est en revanche pas une mince affaire.

« Aujourd’hui, on ne regarde plus dans un télescope à la recherche de jolies images, » explique Georges Comte, astrophysicien émérite au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, « on fait de la spectrographie, ou l’art d’analyser ce que dit la lumière. » La spectrographie décompose la lumière, comme le fait un arc-en-ciel. « Le travail du scientifique est alors de repérer et d’expliquer les anomalies du spectre de la lumière, » déclare le chercheur.

Spectre du soleilSpectre du Soleil – © NOAO – Kitt Peak Observatory

Un spectre lumineux est certes bien moins impressionnant qu’une vue d’artiste ou qu’une photo prise avec le reflex que vous avez eu à Noël, mais c’est l’essence même de la lumière. De fines raies noires s’y cachent, chacune signifiant une donnée précise : telle bande correspond à l’azote, telles bandes au fer, telles autres à l’hydrogène. En analysant l’ensemble de ces raies dites d’absorption, les scientifiques peuvent décrypter quels sont les éléments qui composent l’émetteur de lumière. « C’est comme cela que nous pouvons savoir de quoi sont constituées les étoiles aux confins de l’univers, » explique Georges Comte.

Nébuleuse d'orionRaies d'émission nébuleuse d'orion

Messier 42, la grande nébuleuse dOrion et son spectre d’émission qui permet de voir quelles molécules la compose

Aussi, en regardant le continuum lumineux, c’est à dire la composante continue du flux d’énergie de la lumière le long de son spectre, les scientifiques peuvent déterminer la température de l’étoile, puis sa masse et sa luminosité. En la comparant ensuite aux autres étoiles, vient son âge. Pour cela, les astrophysiciens utilisent aussi la photométrie qui s’intéresse à l’intensité lumineuse dans des filtres larges et non aux spectres. Et l’astrophysicien de conclure : « La lumière, c’est notre matière première. C’est tout ce qu’on peut étudier, c’est tout ce qu’on a. »

Renaud Levantidis

De l’ombre à la lumière

Il y a plus de 13 milliards d’années, l’univers était complètement sombre. La lumière était emprisonnée par la matière, puis elle s’est libérée lors de la phase de ré-ionisation. Stéphane Basa, directeur de recherche du CNRS au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, étudie cette incroyable transition.

« Tout ce qu’on voit n’est du qu’à la lumière émise par les étoiles ». Stéphane Basa est directeur de recherche au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille. Il étudie une phase clé de l’univers nommée « ré-ionisation » durant laquelle les premières étoiles se sont allumées et l’univers s’est éclairé pour la première fois. « Avant les étoiles, tout était sombre, comme dans un très épais brouillard, » raconte Stéphane Basa. Environ 300000 ans après le Big Bang, l’univers est neutre : il n’y a pas d’ions et les épaisses molécules ne laissent pas passer la lumière qui est absorbée de toute part.

Schéma présentant les grandes évolutions de l'Univers depuis le Big Bang avec notamment la période de l'Âge Sombre et la période de ré-ionisation.
Schéma présentant les grandes évolutions de l’Univers depuis le Big Bang avec notamment la période de l’Âge Sombre et la période de ré-ionisation.

Selon un mécanisme encore mal connu des scientifiques, la matière, majoritairement de l’hydrogène, s’est ensuite ionisée. C’est cette étape qui a libéré la lumière : le photon, particule de lumière, a pu enfin se déplacer et l’univers s’est allumé. « On ne sait pas qui est responsable de la ré-ionisation, » explique Stéphane Basa, « alors on cherche à l’étudier et à comparer ce que l’on trouve aux modèles établis de l’univers pour les affiner. » Cette époque voit naître les premières étoiles, massives (20 à 30 fois la masse du soleil) qui explosent au bout de quelques millions d’années seulement. « Ça pétaradait dans tous les sens, un véritable feu d’artifice ! » s’enthousiasme le chercheur.

Quotidiennement, Stéphane analyse des images prises par le Canada France Hawaii Télescope. « Pour faire simple, je compare une image en lumière visible à une image en infra-rouge d’une parcelle de l’univers, » explique-t-il, « c’est comme le jeu des sept différences ! » Le scientifique cherche des objets vieux de 13 milliards d’années, datant de la ré-ionisation. Sa recherche se fait dans l’infra-rouge car l’expansion de l’univers décale la lumière vers le rouge : plus on remonte loin, plus le décalage est notable. La tâche est ardue pour le scientifique, car les astres primitifs sont rares et difficiles à déceler. « C’est une aiguille dans une botte de foin, » déclare Stéphane, « nous avons commencé ce projet il y a trois ans, et nous ne pouvons pas confirmer avoir trouvé de tels objets. Nous n’avons que de potentiels candidats. » Par chance, les scientifiques sont obstinés. Il fut un temps où l’univers s’est subitement et mystérieusement éclairé. Et Stéphane Basa, comme d’autres chercheurs à travers le monde, compte bien faire la lumière sur le sujet.

Renaud Levantidis