RAYONNEMENT COSMIQUE Vue d'ensemble

Le Soleil et les étoiles rayonnent : ils émettent quelque chose qui nous parvient et que nous pouvons détecter. Dans le langage commun, le rayonnement concerne la plupart du temps la chaleur ou la lumière. Pour le physicien, c'est un peu différent. De son point de vue, la chaleur se « propage » de trois manières : si la conduction est véritablement un transfert de chaleur, la convection est un mouvement de matière chaude ; quant au rayonnement, proprement dit, il s'agit ici de rayonnement infrarouge émis par l'objet chaud, qui fait office de « radiateur ». La matière (les molécules) dont nous sommes faits absorbe le rayonnement infrarouge et transforme son énergie en chaleur : l'effet est bien, ici encore, un réchauffement. Le rayonnement infrarouge est aussi la cause de l'effet de serre, et, par ce biais, de la croissance des tomates comme du réchauffement global de la Terre.

Le rayonnement infrarouge est un cas particulier de rayonnement électromagnétique. La lumière (visible) en est un autre, qui se distingue du précédent par sa longueur d'onde plus courte. De manière générale, un rayonnement est caractérisé (outre son type, ici électromagnétique) par sa vitesse de propagation v et sa fréquence n. S'en déduisent sa période T = 1 / n et sa longueur d'onde λ = v / n. Tous les rayonnements électromagnétiques ont la même vitesse de propagation c, vitesse de la lumière dans le vide. Par longueur d'onde décroissante, on trouve les ondes radio (dont les qualificatifs kilométrique, centimétrique, millimétrique... indiquent le domaine de longueur d'onde), l'infrarouge (entre le micromètre et le millimètre), le visible (quelques dixièmes de micromètres), l'ultraviolet, les rayons X et les rayons gamma. Tous les astres de l'Univers sont reconnus par le rayonnement électromagnétique, d'un type ou d'un autre, qu'ils émettent et que les astronomes recueillent.

La vitesse c, de la lumière et de tous les rayonnements électromagnétiques, est une vitesse invariable et infranchissable. S'il est permis aux « particules » – ou plutôt aux « quanta » – de rayonnement électromagnétique, appelées photons, de se déplacer aussi rapidement, c'est parce que leurs masses au repos sont nulles.

Les physiciens reconnaissent d'autres types de rayonnements. Certaines caractéristiques des ondes gravitationnelles rappellent celles du rayonnement électromagnétique : elles se propagent également à la vitesse c. S'ils n'en ont encore jamais enregistré, les physiciens et les astrophysiciens s'y intéressent beaucoup : des dispositifs devraient bientôt permettre de les détecter. Seuls des phénomènes astronomiques très rares et très violents (rencontres entre étoiles compactes, explosions d'étoiles, phénomènes de l'Univers primordial) sont capables d'émettre de tels rayonnements. Les astronomes pratiqueront peut-être bientôt une astronomie des ondes gravitationnelles qui leur livrera des secrets nouveaux sur la constitution du monde.

Les neutrinos constituent une autre forme de rayonnement, très difficile à détecter. Ces particules ressemblent aux photons, mais on pense aujourd'hui que leurs masses, très faibles, ne sont pas rigoureusement nulles. Bien qu'ils ne se propagent pas tout à fait à la vitesse c, mais un peu moins rapidement, on les considère comme du rayonnement. La plupart des étoiles émettent de grandes quantités de neutrinos qui restent en général indétectables. Seules exceptions, ceux du Soleil – dont nous enregistrons un faible pourcentage, chargé cependant d'une très précieuse information sur les processus internes à notre étoile – et la détection de quelques-uns des neutrinos émis par l'explosion de la supernova de 1977, qui a véritablement consacré le début de l'astronomie des neutrinos.[...]