Harlow Shapley ne regardait pas seulement les étoiles. Il a cartographié l’obscurité entre eux. Né à Nashville, dans le Missouri, en 1885, cet astronome américain allait éventuellement réécrire notre compréhension de notre position dans le cosmos. Son travail ne s’est pas limité à modifier les chiffres. Cela a éloigné tout le centre de la Voie lactée de la Terre.
Avant Shapley, l’humanité aimait se considérer comme centrale. Nous étions la plaque tournante. Le soleil était assis au milieu de la galaxie. La logique semblait solide si l’on regardait le ciel nocturne uniquement depuis notre point d’observation spécifique. Shapley a prouvé que c’était faux. Il en a déduit que le Soleil se trouve près du plan central de la Voie Lactée, mais qu’il est loin du centre. Il se trouve à environ 30 000 années-lumière. On est loin de la fête.
Ce n’était pas un seul moment de perspicacité. C’était une véritable corvée de calcul. Tout a commencé en 1911. Shapley a travaillé en étroite collaboration avec Henry Norris Russell pour déchiffrer le code des dimensions stellaires. Ils se sont concentrés sur les systèmes binaires. Ce sont des paires d’étoiles en orbite autour d’un centre de masse commun. Lorsqu’ils s’éclipsent, leur lumière diminue. Cette gradation est mesurable. Ce sont des données.
Shapley a utilisé ces mesures pour déterminer la taille physique des étoiles. Il a transformé les courbes de lumière en réalités physiques. Cette méthode est devenue la procédure standard pendant plus de 30 ans. C’était l’étalon-or pour mesurer la taille des étoiles. Si vous vouliez connaître la taille d’une étoile, vous regardiez ses éclipses. Shapley avait construit la règle.
Mais il y a eu un problème. Certaines stars se sont comportées différemment. Ils palpitaient. Elles étaient connues sous le nom de variables céphéides. D’autres astronomes pensaient qu’il s’agissait simplement de paires binaires s’éclipsant. Shapley a vu le défaut. Il a montré que les variables des Céphéides ne peuvent pas être des paires d’étoiles qui s’éclipsent. Les calculs n’ont pas tenu le coup. La variation de lumière était trop complexe. Trop rythmé.
Alors il a regardé plus profondément. Il a été le premier à proposer qu’il s’agisse d’étoiles palpitantes. Ils respirent. Ils se dilatent et se contractent. Cette distinction importait. Cela a dissipé la confusion sur le terrain. Cela a permis aux astronomes d’utiliser plus tard ces étoiles comme des « bougies standards », des outils permettant de mesurer de vastes distances dans l’espace. En identifiant correctement leur nature, Shapley ne s’est pas contenté de catégoriser un type d’étoile. Il a permis de mesurer la taille réelle de la galaxie.
Il est décédé à Boulder, Colorado, le 20 octobre 1972. Le soleil est resté là où il était, traînant dans les banlieues de la galaxie. Nous n’avons pas bougé. Mais notre carte a changé. Nous avons appris que nous ne sommes au centre de rien. Juste une petite partie d’un système beaucoup plus vaste et indifférent.
Redéfinir notre place dans le cosmos
En 1914, Harlow Shapley s’était intégré au personnel de l’observatoire du mont Wilson à Pasadena, en Californie. Le prix sur la table était le télescope à réflexion de 1,5 mètre. C’était le plus gros outil du ciel et Shapley l’utilisait pour cartographier les amas globulaires de la Voie lactée. Ce n’étaient pas n’importe quelles stars. Il s’agissait de paquets sphériques denses contenant chacun jusqu’à un million de soleils.
À l’époque, les astronomes connaissaient environ 100 amas de ce type. Shapley a remarqué quelque chose d’étrange. Un tiers d’entre eux se trouvaient dans la constellation du Sagittaire. Ce n’était pas aléatoire. Il a utilisé une nouvelle astuce pour évaluer la distance. L’astuce impliquait des étoiles variables RR Lyrae. Ces étoiles palpitent à un rythme. Leur période de variation liée directement à leur luminosité. Si vous connaissiez le pouls, vous connaissiez la vraie lumière. Si vous connaissiez la vraie lumière et la luminosité apparente, vous connaissiez la distance.
Les données ont brossé un tableau. Les grappes formaient une sphère. Le centre de cette sphère pointait vers le Sagittaire. Il semblait logique que les amas tournent autour du centre galactique. Shapley a donc fait le calcul. Il a placé le Soleil à environ 50 000 années-lumière du noyau galactique. (Des travaux ultérieurs ont corrigé ce chiffre à 30 000). Ce fut un choc. Avant Shapley, tout le monde pensait que le Soleil se trouvait près du milieu de la Voie lactée. Il venait de faire exploser cette hypothèse. Ses calculs ont fourni la première estimation réaliste de la taille réelle de la galaxie. Cela a changé à jamais l’astronomie galactique.
Le grand débat de 1920
Alors que Shapley agrandissait la Voie Lactée, un autre problème tarissait les astronomes. Quelles étaient les nébuleuses spirales ? Des objets comme la nébuleuse d’Andromède ressemblaient à de légères taches. Certains pensaient qu’il s’agissait de petits nuages à l’intérieur de notre propre galaxie. D’autres pensaient qu’ils étaient eux-mêmes des galaxies entières.
Cette tension explosa le 26 avril 1920. L’Académie nationale des sciences se réunit à Washington, D.C. Deux hommes se tenaient à la tribune. D’un côté se trouvait Shapley. De l’autre, l’astronome américain Heber Curtis. Leur affrontement est devenu connu sous le nom de Grand Débat. Il n’y a pas eu de vainqueur clair, mais cela a mis en évidence les enjeux.
Curtis a rejeté l’immense Voie Lactée de Shapley. Si la galaxie était si grande, affirmait-il, les nébuleuses ne pourraient pas s’y trouver. Il pensait que les nébuleuses spirales étaient des « univers insulaires » indépendants. Shapley se tenait à l’échelle massive de la Voie Lactée. Mais il a soutenu que les nébuleuses spirales n’étaient que des nuages de gaz, semblables à des amas globulaires, dispersés dans notre galaxie.
L’histoire a donné raison à Curtis sur les nébuleuses. Il s’agissait bien d’autres galaxies. Mais Shapley avait raison à propos de la taille de la nôtre. L’univers était bien plus vaste que quiconque ne l’avait imaginé. Ce fut une victoire compliquée pour les deux hommes.
Zones héritées et habitables
Shapley ne s’est pas arrêté à la Voie Lactée. Il a observé les galaxies voisines, en se concentrant principalement sur les nuages de Magellan. Il a remarqué que les galaxies ne flottaient pas seules. Ils se sont regroupés. Il a appelé ces amas « métagalaxies ». Ce terme désignant les amas galactiques a aidé à définir la façon dont nous percevons la structure à grande échelle.
En 1953, Shapley a proposé une théorie qui façonne encore notre recherche de la vie. Il l’a appelé la « ceinture d’eau liquide ». L’idée était simple mais profonde. Une planète doit être à une distance spécifique de son étoile. Trop près, l’eau bout. Trop loin, et ça gèle. Ce n’est que dans cette ceinture qu’une planète peut contenir une atmosphère et garder de l’eau liquide. Nous connaissons désormais cette zone sous le nom de zone habitable. Cela reste un concept fondateur en astrobiologie.
Sa carrière s’est déplacée de Mount Wilson à l’Université Harvard. Il y devient professeur. En 1921, il prend la direction de l’Observatoire du Harvard College. Il a occupé ce poste jusqu’en 1952. Après avoir démissionné, il a conservé les titres de directeur émérite et de professeur Paine d’astronomie.
Il a laissé derrière lui une bibliographie importante. Les Amas d’étoiles sont arrivés en 1930. Les vols du Chaos ont suivi. Galaxies est sorti en 1943. Les œuvres ultérieures incluent The Inner Metagalaxy (1957) et Of Stars and Men (1958). Ce dernier est devenu un film en 1962. Il était également le père de Lloyd Shapley, prix Nobel d’économie.
L’homme qui a poussé le soleil aux confins de la galaxie a également contribué à définir où la vie pourrait exister ailleurs. L’univers s’est agrandi, mais la recherche de sens s’est précisée. Nous étudions toujours ces clusters.
