Cette semaine, des millions de personnes tourneront les yeux vers le ciel en prévision de la 2015 Pluie de météores des Perséides . Mais que se passe-t-il les nuits moins mouvementées, lorsque nous nous retrouvons à regarder vers le haut simplement pour admirer le ciel profond, sombre et étoilé ? Loin des lueurs de la civilisation, nous, les humains, pouvons observer des milliers de minuscules piqûres de lumière. Mais comment? D'où vient cette lumière ? Comment arrive-t-il jusqu'à nous ? Et comment notre cerveau trie-t-il toute cette énergie entrante en un spectacle si profondément époustouflant ?
Notre histoire commence à des années-lumière, au cœur d'une étoile semblable au soleil, où l'immense pression vers l'intérieur de la gravité maintient les températures élevées et les atomes désassemblés. Des protons libres se précipitent autour du noyau, atteignant parfois les énergies fulgurantes nécessaires pour surmonter leur répulsion électromagnétique, entrent en collision et se collent par paires de deux.
Fusion proton-proton dans une étoile semblable au soleil. Crédit : Borb
soi-disantprotonssont instables et ont tendance à se dissoudre dès qu'ils surviennent. Et s'il n'y avait pas eu les singeries subatomiques de la force nucléaire faible, ce serait la fin de la ligne : pas de fusion, pas de lumière stellaire, pas de nous. Cependant, à de très rares occasions, un processus appelé désintégration bêta transforme un proton de la paire en un neutron. Ce nouveau partenariat forme ce que l'on appelledeutérium, ou hydrogène lourd, et ouvre la porte à d'autres réactions de fusion nucléaire.
En effet, une fois que le deutérium entre dans le mélange, les accumulations de particules se produisent beaucoup plus fréquemment. Un proton libre entre en collision avec le deutérium, créant de l'hélium-3. Des impacts supplémentaires s'accumulent pour forger de l'hélium-4 et des éléments plus lourds comme l'oxygène et le carbone.
De telles collisions font plus que simplement construire des atomes plus massifs ; en fait, chaque impact énuméré ci-dessus libère une énorme quantité d'énergie sous forme de rayons gamma. Ces photons de haute énergie se propagent vers l'extérieur, fournissant une pression thermonucléaire qui contrebalance la gravité de l'étoile. Des dizaines, voire des centaines de milliers d'années plus tard, battues, meurtries et étouffées énergétiquement après avoir combattu à travers un blizzard d'autres particules de la taille du soleil, elles émergent de la surface de l'étoile sous forme de lumière visible, ultraviolette et infrarouge.
Oui!
Mais ce n'est que la moitié de l'histoire. La lumière doit ensuite traverser de vastes étendues de l'espace pour atteindre la Terre - un processus qui, à condition que l'étoile d'origine se trouve dans notre propre galaxie, peut prendre de 4,2 ans à plusieurs milliers d'années ! Du moins… de votre point de vue. Étant donné que les photons sont sans masse, ils ne connaissent pas du tout le temps ! Et même après avoir éludé ce qui, pour n'importe quelle autre entité massive dans l'Univers, serait carrément des temps de vol interminables, des conditionstoujoursdoit s'aligner pour que vous puissiez voir même un scintillement de la lumière d'une étoile lointaine.
C'est-à-dire qu'il doit faire sombre et que vous devez lever les yeux.
Crédit : Bruce Blaus
Le flux entrant de photons se fraie ensuite un chemin à travers votre cornée et votre cristallin et sur votre rétine, une couche de tissu hautement vasculaire qui tapisse l'arrière de l'œil. Là, chaque petit paquet de lumière frappe l'un des deux types de cellules photoréceptrices : une tige ou un cône.
La plupart des photons détectés dans les conditions de faible luminosité de l'observation des étoiles s'activeronttigecellules. Ces cellules sont si sensibles à la lumière que, dans des conditions suffisamment sombres, elles peuvent être excitées par un seul photon ! Les bâtonnets ne peuvent pas détecter la couleur, mais sont beaucoup plus abondants que les cônes et se trouvent partout dans la rétine, y compris autour de la périphérie.
Les moins nombreux, les plus avides de couleurscôneles cellules sont densément concentrées au centre de la rétine, dans une région appelée la fovéa (cela explique pourquoi les étoiles sombres qui sont visibles dans votre vision latérale semblent soudainement disparaître lorsque vous essayez de les regarder de face). Malgré leur relative insensibilité, les cellules coniques peuvent être activées par une lumière stellaire très brillante, vous permettant de percevoir des étoiles comme Vega en bleu et Bételgeuse en rouge.
Mais qu'il s'agisse d'une lumière vive ou faible, chaque photon a le même point final une fois qu'il atteint l'un des photorécepteurs de vos yeux : une molécule de vitamine A, qui est liée à une protéine spécialisée appelée unopsin. La vitamine A absorbe la lumière et déclenche une cascade de signaux : des canaux ioniques s'ouvrent et des particules chargées se précipitent à travers une membrane, générant une impulsion électrique qui remonte le nerf optique jusqu'au cerveau. Au moment où ce signal atteint le cortex visuel de votre cerveau, diverses voies neuronales sont déjà à l'œuvre pour traduire cette biochimie complexe en ce que vous pensiez autrefois être une compréhension simple, intuitive et poétique des cieux au-dessus…
Les étoiles, elles brillent.
Alors, la prochaine fois que vous sortirez pendant les heures les plus sombres, prenez un moment pour apprécier la longueur qu'il faut pour qu'un seul scintillement de lumière voyage à partir d'une série de réactions nucléaires dans le centre animé d'une étoile lointaine, à travers l'immensité de l'espace et le temps, à travers les voies électrochimiques de votre corps et dans votre esprit conscient.
Cela donne un nouveau sens à chacune de ces chansons d'amour ringardes, n'est-ce pas ?