L’ESSENTIEL

• La gravité peut dévier la lumière : une éclipse de Soleil permet d’observer directement cet effet prédit par Einstein.

• Cette déviation est à l’origine des effets de lentille gravitationnelle, qui révèlent la matière noire et les régions les plus lointaines de l’Univers.

• La première confirmation de ce phénomène, en 1919, a marqué un tournant majeur de la physique moderne.

Lever les yeux vers le ciel est un excellent moyen de prendre conscience de la gravité. On en perçoit facilement les effets sur les corps dotés d’une masse lorsqu’on suit la trajectoire d’un ballon ou que l’on se représente l’orbite d’une planète.

Mais, fait plus surprenant, la gravité agit aussi sur ce qui n’a pas de masse au repos : la lumière. Elle est même capable de dévier sa trajectoire. La prochaine éclipse de Soleil, le 12 août, nous permettra bientôt d’observer directement cet étonnant phénomène.

Les photons suivent une trajectoire imposée

Les insaisissables particules qui composent la lumière, les photons, n’échappent pas à l’action de la gravité. La raison en est, comme l’a montré Einstein, que la gravité est la manifestation de la courbure de l’espace-temps. Cette courbure est produite et accentuée par la masse et l’énergie contenues dans la trame même de l’Univers.

Cette courbure oblige toutes les particules à suivre des trajectoires qui ne sont plus tout à fait rectilignes, comme si elles circulaient sur des rails : les géodésiques. Ces lignes « épousent » la courbure de l’espace-temps afin que les particules empruntent le chemin le plus efficace possible.

Fait remarquable, la gravité est capable de dévier n’importe quel photon. Ce phénomène ouvre un vaste champ de possibilités en astrophysique. Nous nous intéresserons ici à la lumière visible.

Le trajet de la lumière depuis une étoile lointaine

Imaginons un photon émis par une étoile lointaine qui, par chance, parvient jusqu’à nous sans rencontrer le moindre obstacle. Rien d’improbable à cela : l’espace entre les étoiles est en moyenne dix mille milliards de fois moins dense que notre atmosphère. Surtout, l’Univers regorge d’un nombre inimaginable de sources lumineuses. Pour ces deux raisons, une quantité colossale de photons peuvent parcourir des années-lumière – soit des milliers de milliards de kilomètres – sans être perturbés.

Le photon peut terminer son voyage dans un télescope de pointe utilisé pour des recherches astronomiques complexes. Mais il peut tout aussi bien atteindre notre œil nu.

Imaginons maintenant une étoile qui nous envoie, chaque nuit, des photons directement dans notre direction. Comme toute source lumineuse, elle émet de la lumière dans toutes les directions. Pourtant, une infime déviation angulaire, une ouverture minuscule, suffirait à envoyer un photon vers une autre région de l’Univers : il ne nous atteindrait jamais. Cette étoile deviendrait alors invisible à nos yeux.

Mais que se passerait-il si la gravité parvenait à corriger cette légère déviation et à infléchir la trajectoire du photon ?

Pour que cela se produise, le photon doit passer à proximité d’une concentration de masse suffisamment dense et compacte. L’effet donne l’impression qu’un corps très massif « attire » la lumière, comme s’il exerçait une force. En réalité, comme nous l’avons vu, ce n’est pas une force qui dévie le photon, mais la courbure de l’espace-temps. Dans le cas de la prochaine éclipse de Soleil, cette concentration de masse est… le Soleil lui-même.

Un prérequis : l’obscurité

Il est évident que, pour bien observer les étoiles, nous avons besoin d’un ciel sombre, ce qui est généralement le cas la nuit. À ce moment-là, le Soleil ne se trouve pas sur la ligne de visée qui nous relie à l’étoile que nous souhaitons observer. La lumière qui nous parvient de cette étoile n’a donc, en principe, pas été déviée par la masse du Soleil. Elle a simplement suivi l’une de ces trajectoires relativistes qui remplacent les lignes droites.

Peut-on alors réunir ces deux conditions, c’est-à-dire avoir le Soleil devant nous tout en conservant un ciel suffisamment sombre ?

Oui, c’est possible ! C’est même précisément ce qui se produit lors d’une éclipse de Soleil. En s’interposant avec une précision remarquable entre le Soleil et la Terre, la Lune assombrit suffisamment le ciel pour permettre d’observer la position apparente et momentanée d’une étoile et d’en mesurer le décalage. On peut ainsi démontrer que sa lumière a bien été déviée. Pour y parvenir, une étape préalable est toutefois indispensable : connaître la position de l’étoile avant l’éclipse.

Nous savons déjà qu’il est très difficile de déterminer, en plein jour, la position d’une source lumineuse comme une étoile. Sa lumière est tout simplement noyée dans celle du Soleil. Il faut donc mesurer sa position habituelle de nuit, puis la « retrouver » pendant l’éclipse. Naturellement, cette première mesure est réalisée au préalable, lors d’une nuit offrant de bonnes conditions d’observation astronomique.

Ce qui se passe pendant l’éclipse

Pendant l’éclipse, notre étoile, en raison de sa masse considérable, courbe l’espace-temps dans son voisinage. Cette courbure oblige le photon provenant de l’étoile située derrière le Soleil à suivre une trajectoire en arc de cercle. Mais notre œil ignore que ce photon vient de derrière le Soleil : il interprète sa trajectoire comme si elle avait été rectiligne, à l’image de celle de tout autre quantum de lumière. L’astronome – amateur ou professionnel – chargé de cartographier la position de cette étoile conclura donc qu’elle est légèrement décalée par rapport à sa position habituelle.

Il faut garder à l’esprit que tous les photons peuvent voir leur trajectoire déviée lorsqu’ils passent à proximité d’un objet massif et compact. C’est sur ce phénomène, appelé « effet de lentille gravitationnelle », que repose une part essentielle de l’astrophysique moderne.

Les effets de lentille gravitationnelle ne se contentent pas de déplacer, voire de dédoubler l’image de galaxies ou d’étoiles : ils révèlent aussi la manière dont la matière est répartie dans l’Univers, y compris la matière noire. Ils agissent en outre comme d’immenses télescopes cosmiques, grossissant les régions les plus lointaines de l’Univers. Grâce à eux, nous pouvons observer des objets qui resteraient autrement invisibles et remonter jusqu’aux premiers âges de l’Univers.

La première observation, il y a plus d’un siècle, montrant lors d’une éclipse que la déviation de la lumière correspondait parfaitement aux prédictions d’Einstein, a constitué un véritable moment de stupeur et marqué le début d’une révolution scientifique. Lors de la prochaine éclipse totale de Soleil, en août 2026, ce sera à notre tour d’écrire un nouveau chapitre de cette histoire, faite d’éclipses et de fascinants jeux de lumière.

Ruth Lazkoz a reçu des financements du ministère espagnol de la Science, de l'Innovation et des Universités, ainsi que du gouvernement basque.

L’ESSENTIEL

• Regarder le Soleil pendant une éclipse sans protection peut provoquer des lésions irréversibles de la rétine.

• Seules les lunettes certifiées ISO 12312-2 permettent d’observer l’éclipse en toute sécurité ; les lunettes de soleil classiques sont inefficaces.

• Les lunettes ayant servi à regarder l’éclipse de 2019 ne sont plus bonnes et ne doivent pas être réutilisées.

Le 12 août 2026, entre 19 h et 21 h, l’Espagne sera le théâtre d’un événement astronomique historique. La Lune masquera le Soleil sur une bande traversant une grande partie de la péninsule, provoquant une éclipse totale, tandis que le reste du pays assistera à une éclipse partielle très marquée (NDT : le phénomène sera également quasi total dans le Sud-Ouest de la France et très marqué sur le reste du territoire français). Mais attention : sans les précautions nécessaires, certains pourraient voir ce « souvenir » s’imprimer sur leur rétine, quasiment au sens propre.

Nous savons qu’il est dangereux de regarder directement le Soleil. Pourtant, comme l’éclipse se produira au coucher du soleil, lorsque l’astre sera très bas sur l’horizon et sur le point de disparaître, beaucoup pourraient croire qu’il n’est plus vraiment dangereux puisqu’il « ne chauffe presque plus ». Ce faux sentiment de sécurité peut inciter à l’observer à l’œil nu, sans protection, au risque de provoquer des lésions irréversibles de la rétine.

Pourquoi est-il dangereux de regarder directement le Soleil ?

Le danger vient du fait que, au-delà de la lumière visible, le rayonnement solaire comprend aussi des composantes invisibles à l’œil humain, comme les ultraviolets (UV) et les infrarouges. Or ces rayonnements peuvent endommager l’œil de différentes façons.

Le Soleil émet trois types de rayonnements ultraviolets : les UV-A, les UV-B et les UV-C. Les UV-C, les plus énergétiques et les plus nocifs, sont entièrement absorbés par l’atmosphère. En revanche, les UV-A et les UV-B atteignent bien la surface de la Terre. Les UV-B sont principalement absorbés par la cornée et la conjonctive. Ils peuvent notamment provoquer une photokératite, une inflammation douloureuse comparable à la sensation d’avoir du sable dans les yeux.

Les UV-A sont moins énergétiques, mais ils pénètrent plus profondément dans l’œil et atteignent le cristallin ainsi que la rétine. On sait qu’ils provoquent dans le cristallin des modifications irréversibles de certaines protéines, ce qui en fait l’un des facteurs favorisant l’apparition précoce de la cataracte. Au niveau de la rétine, ils constituent également un facteur de risque de dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA), une maladie pouvant entraîner une perte importante de la vision.

Rayonnement infrarouge : quand l’œil surchauffe

Le rayonnement infrarouge atteint lui aussi le fond de l’œil, jusqu’à la rétine, dont il augmente la température. En échauffant les tissus et les cellules photoréceptrices, il peut provoquer ce que l’on appelle une rétinopathie solaire.

Le problème est que la rétine est dépourvue de récepteurs de la douleur. Il est donc possible de subir une véritable brûlure de la macula sans s’en rendre compte. Ce n’est que plusieurs heures plus tard qu’apparaît parfois une tache noire permanente au centre du champ de vision. À ce stade, les lésions sont malheureusement irréversibles.

L’obscurité est trompeuse

Regarder le Soleil pendant une éclipse n’est pas, en soi, plus dangereux que le faire un autre jour. Mais il existe une différence essentielle. Par temps normal, la forte luminosité nous éblouit (photophobie) et nous pousse à détourner immédiatement le regard. De plus, sous l’effet de cette lumière intense, la pupille se contracte, à la manière du diaphragme d’un appareil photo, limitant ainsi la quantité de lumière qui atteint la rétine.

Pendant une éclipse, en revanche, la luminosité est bien plus faible – en particulier lors d’une éclipse totale au coucher du Soleil. Le cerveau ordonne alors à la pupille de se dilater afin de capter davantage de lumière. Or les rayonnements infrarouges et les UV-A restent bel et bien présents. La pupille étant plus ouverte, ces rayonnements atteignent plus facilement la rétine et se concentrent sur la macula, la zone responsable de la vision la plus précise.

Pourquoi le ciel rougit au coucher du Soleil ?

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi le ciel prend des teintes rouges au coucher du Soleil ? La lumière blanche du Soleil est un mélange de toutes les couleurs du spectre visible, auxquelles s’ajoutent les rayonnements ultraviolets et infrarouges. En traversant l’atmosphère terrestre, cette lumière entre en collision avec les molécules d’azote et d’oxygène, ce qui provoque un phénomène appelé diffusion Rayleigh.

En pleine journée, lorsque le Soleil est haut dans le ciel, la lumière parcourt une faible épaisseur d’atmosphère. Les longueurs d’onde les plus courtes, correspondant aux couleurs bleues et violettes, sont alors davantage diffusées. C’est pourquoi le ciel nous apparaît bleu par temps clair.

Au coucher du Soleil, en revanche, la lumière doit traverser une couche d’atmosphère beaucoup plus épaisse avant d’atteindre nos yeux. Au cours de ce long trajet, les longueurs d’onde bleues sont presque entièrement diffusées. Ne subsistent alors que les longueurs d’onde les plus longues, correspondant aux teintes jaunes, orangées et rouges. Et si l’intensité des UV-B diminue lorsque le Soleil est bas sur l’horizon, les UV-A – qui représentent 95 % du rayonnement ultraviolet atteignant la surface de la Terre – continuent, eux, de traverser l’atmosphère.

Des lunettes certifiées ISO 12312-2 :2015 pour une protection optimale

Pour observer une éclipse en toute sécurité, de simples lunettes de soleil, même de très bonne qualité et offrant une protection contre les UV, ne suffisent pas. Elles sont conçues pour protéger de la lumière réfléchie, pas du rayonnement solaire direct. Les radiographies, verres fumés, CD, négatifs photographiques ou feuilles d’aluminium sont tout aussi inefficaces : aucun ne filtre correctement le rayonnement infrarouge.

Il faut donc utiliser des lunettes ou des filtres d’observation conformes à la norme ISO 12312-2, les seuls homologués pour protéger efficacement contre l’ensemble des rayonnements dangereux émis par le Soleil. Ils sont fabriqués à partir d’un polymère noir, une résine de polyéthylène contenant des particules de carbone, capable d’absorber 99,99 % de l’énergie solaire. La mention « ISO 12312-2 :2015 » que l’on trouve souvent sur ces lunettes fait référence à la version de la norme, mise à jour en 2015.

Sur le plan technique, ces lunettes présentent une densité optique de 5 (OD 5). Cela signifie qu’elles atténuent la lumière au point de ne laisser passer qu’un cent millième du rayonnement incident, soit une transmission de seulement 0,001 %. À titre de comparaison, elles sont environ 30 000 fois plus sombres que des lunettes de soleil classiques.

Il n’existe qu’une seule exception, très brève, à cette règle de protection : la phase de totalité de l’éclipse. Ce n’est que lorsque la Lune recouvre entièrement le disque solaire et que seule la couronne solaire reste visible qu’il est possible de retirer ses lunettes sans danger pour observer le phénomène à l’œil nu. Mais cette phase ne dure que très peu de temps : dès que le premier rayon de Soleil réapparaît, il faut remettre immédiatement ses lunettes de protection.

Attention aux fausses lunettes d’éclipse

Pour vérifier que vos lunettes sont conformes, il ne suffit pas d’y trouver la mention de la norme ISO 12312-2 :2015 et le marquage CE. Elles doivent également indiquer le nom et l’adresse du fabricant, afin de limiter les risques de contrefaçon.

Il est également recommandé de les tester avant de les utiliser. Si, une fois les lunettes enfilées, vous pouvez distinguer autre chose que le Soleil – les meubles de votre maison, les arbres dans la rue ou tout autre objet –, elles ne sont pas conformes. Avec des lunettes homologuées, seuls le Soleil ou une source lumineuse très intense doivent rester visibles.

Il est déconseillé d’utiliser des lunettes de plus de quinze ans, car leurs matériaux se dégradent avec le temps et peuvent perdre leur efficacité. De même, si le filtre présente une rayure ou un trou, mieux vaut ne pas les utiliser : ce défaut peut concentrer la lumière sur la rétine, à la manière d’un faisceau laser.

Il est également important de conserver les lunettes dans un étui de protection et d’éviter de les nettoyer avec des liquides ou des produits abrasifs, qui risquent d’endommager le polymère dont elles sont constituées.

Enfin, il ne faut jamais observer le Soleil avec des jumelles ou un télescope en portant simplement des lunettes d’éclipse. Les lentilles de ces instruments concentrent la lumière comme une immense loupe, ce qui peut détruire le filtre en quelques millisecondes et laisser passer le rayonnement directement vers l’œil. Si vous utilisez un télescope ou des jumelles, ils doivent être équipés de filtres solaires spécialement conçus pour être placés à l’avant de l’objectif.

Une passoire, une chambre noire et un peu d’ingéniosité

Si vous ne disposez pas de lunettes conformes à la norme, il est possible d’observer l’éclipse grâce à des méthodes de projection indirecte. Par exemple, en tenant une passoire à la main, dos au Soleil, vous laissez la lumière traverser les trous et projeter son ombre sur le sol ou un mur. Chaque trou forme alors l’image d’une petite éclipse. Une autre solution consiste à utiliser une chambre noire (ou sténopé), dans laquelle les rayons lumineux traversent un minuscule orifice pour former une image à l’intérieur d’une boîte.

La NASA a publié une vidéo expliquant comment fabriquer facilement une chambre noire à partir d’une boîte de céréales, d’une feuille de papier, de ciseaux, de ruban adhésif et de papier aluminium. Ces méthodes de projection sont totalement sûres et constituent une activité ludique à réaliser avec des enfants.

Quoi qu’il en soit, le plus beau est sans doute de vivre l’éclipse dans son ensemble : sentir la fraîcheur qui s’installe lorsque le Soleil disparaît, écouter le silence soudain des oiseaux et observer les couleurs du paysage se transformer en quelques instants. Bref, profiter pleinement de cette expérience avec tous ses sens, tout en protégeant ses yeux afin de pouvoir admirer, intact, les nombreuses autres éclipses que l’avenir nous réserve.

Conchi Lillo ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

Grâce à des observations combinant ondes radio, lumière visible et rayons X, des astronomes ont identifié la source d’un mystérieux signal cosmique. Une avancée qui pourrait transformer notre compréhension de ces phénomènes rares.

Un couple d’étoiles en orbite l’une autour de l’autre : c’est l’origine de la nouvelle source de sursauts radio répétitifs que nous venons d’identifier, baptisée ASKAP J1745.

Depuis quelques années, les astronomes sont confrontés à une énigme : de mystérieux sursauts d’ondes radio, appelés « transitoires à longue période », qui se distinguent par le temps exceptionnellement long séparant deux émissions. Ces objets ont été découverts fortuitement lors d’observations de vastes régions du ciel.

À ce jour, seule une douzaine de ces sources insolites ont été repérées. Leur origine demeure l’un des mystères les plus intrigants de l’astronomie contemporaine.

Dans une nouvelle étude publiée aujourd’hui dans Nature Astronomy, nous décrivons une première mondiale : des sursauts radio et des sursauts de rayons X qui se répètent à chaque orbite du système.

ASKAP J1745 est une découverte majeure, car nous sommes parvenus à identifier sa nature, contrairement à la plupart des transitoires à longue période connus : sur les douze recensés à ce jour, dix restent inexpliqués. Mieux encore, nous avons pu l’observer avec plusieurs télescopes sensibles à différentes longueurs d’onde, ce qui nous offre une vision beaucoup plus complète du phénomène.

Comme la célèbre pierre de Rosette, qui a permis de déchiffrer les hiéroglyphes égyptiens grâce à un même texte gravé dans trois écritures différentes, ces nouvelles observations fournissent aux astronomes une clé pour percer le mystère des transitoires à longue période.

À quoi ressemblent les transitoires radio à longue période ?

Les transitoires radio à longue période sont des objets célestes qui émettent de puissants sursauts d’ondes radio à intervalles réguliers. L’origine de la plupart d’entre eux demeure inconnue. De plus, nombre de ces sources ont été découvertes près de la région centrale de la Voie lactée, particulièrement riche en poussières, ce qui complique leur observation avec les télescopes optiques.

Bien qu’une douzaine seulement de ces objets insolites aient été identifiés jusqu’à présent, ils semblent déjà présenter plusieurs profils différents. Leurs sursauts radio se répètent à des intervalles allant de quelques minutes à plusieurs heures.

Certains émettent des impulsions régulières depuis plus de trente ans, tandis que d’autres cessent d’émettre pendant plusieurs jours, voire deviennent définitivement silencieux aux longueurs d’onde radio.

D’où viennent-ils ?

Au départ, les astronomes pensaient que les transitoires à longue période étaient simplement des étoiles à neutrons en rotation très lente, appelées pulsars. Ces objets correspondent au cœur extrêmement dense laissé par l’explosion en supernova d’une étoile massive.

Les premiers transitoires radio de ce type découverts émettaient un sursaut environ toutes les vingt minutes. Un rythme bien plus lent que celui des pulsars classiques, dont les impulsions reviennent généralement toutes les quelques secondes. De plus, lorsqu’un pulsar ralentit suffisamment sa rotation, il est censé cesser d’émettre des ondes radio. En théorie, une étoile à neutrons tournant aussi lentement ne devrait donc plus produire de sursauts radio.

Les astronomes se sont alors tournés vers d’autres hypothèses, notamment celles impliquant des naines blanches, les vestiges compacts d’étoiles moins massives en fin de vie. Plus récemment, nous avons découvert que certains transitoires à longue période se trouvaient dans des systèmes binaires – deux étoiles gravitant l’une autour de l’autre – où l’on retrouve une naine blanche et une naine rouge de faible masse.

La découverte d’ASKAP J1745

ASKAP J1745 est un nouveau transitoire radio à longue période que nous avons découvert grâce au radiotélescope ASKAP, exploité par le CSIRO, l’agence nationale australienne pour la recherche scientifique. C’est le premier objet de ce type que nous avons pu identifier comme une « variable cataclysmique ».

Les variables cataclysmiques sont des systèmes binaires composés de deux étoiles, dont une naine blanche, qui gravitent suffisamment près l’une de l’autre pour interagir. Lorsque les deux astres sont très rapprochés, la gravité de la naine blanche peut arracher de la matière à son étoile compagne : on parle alors d’accrétion. C’est pourquoi ces systèmes sont également appelés des binaires à naine blanche accrétante.

Un autre transitoire radio à longue période a été récemment découvert grâce à des sursauts de rayons X, qui se répètent avec la même régularité que les émissions radio. Mais l’origine de ces sursauts, ainsi que la raison de leur parfaite synchronisation, demeuraient inexpliquées.

Pour la première fois, nous avons combiné des observations réalisées dans les domaines radio, des rayons X et de la lumière visible. Elles montrent qu’ASKAP J1745 produit, à chaque orbite de ses deux étoiles, un sursaut radio et un sursaut de rayons X.

Dans ces systèmes où les deux étoiles tournent très rapidement l’une autour de l’autre, les rayons X seraient produits par l’échauffement de la matière lorsqu’elle est aspirée vers la naine blanche.

L’origine des puissants sursauts radio, en revanche, restait plus mystérieuse. Le fait d’avoir établi qu’il s’agit d’un système binaire à naine blanche accrétante nous a toutefois permis d’en comprendre le mécanisme.

Le type d’émission radio pulsée que nous avons observé est généralement généré par des particules très énergétiques interagissant avec des champs magnétiques intenses. Or, ASKAP J1745 réunit précisément ces ingrédients : deux étoiles dotées de champs magnétiques extrêmement puissants – de l’ordre de plusieurs milliers de fois celui d’un appareil d’IRM – et un flux de particules chargées s’écoulant de l’étoile compagne vers la naine blanche.

Ce que cette découverte change pour l’astronomie

Cette découverte est exceptionnelle, car nous disposons de davantage d’informations, recueillies sur un plus large éventail de longueurs d’onde, que pour n’importe quel autre transitoire à longue période observé jusqu’à présent.

Tout comme la pierre de Rosette a été la clé du déchiffrement des hiéroglyphes égyptiens, ASKAP J1745 pourrait devenir la clé permettant de comprendre l’origine des autres transitoires radio à longue période, pour lesquels les observations dans d’autres longueurs d’onde font encore défaut.

ASKAP J1745 est le premier transitoire à longue période à présenter des signes d’accrétion sur l’ensemble du spectre électromagnétique, des ondes radio à la lumière visible, jusqu’aux rayons X. Or, ce flux de matière chargée constitue un ingrédient essentiel à la production des émissions radio que nous détectons dans ce type de système.

L’étude du mécanisme à l’origine de ces sursauts radio de longue période nous offre un nouveau laboratoire naturel pour explorer une physique extrême, notamment les écoulements de plasma et les champs magnétiques, dans des conditions impossibles à reproduire sur Terre.

Nous rendons hommage au peuple Wajarri Yamaji, propriétaires traditionnels et détenteurs des droits fonciers autochtones (Native Title) d’Inyarrimanha Ilgari Bundara, où se situe l’Observatoire de radioastronomie de Murchison du CSIRO qui accueille le radiotélescope ASKAP.

Kovi Rose ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.