DE L'ASTRONOMIE : Edwin HUBBLE, le découvreur

 

Le 24 avril 1990, un événement considérable bouleversa le monde jusque là fermé de l’astronomie : le lancement du télescope Hubble. On fête ces jours-ci les vingt ans de cet anniversaire, célébrant ainsi une date à partir de laquelle l’étude du ciel n’aura plus été la même tant le télescope spatial nous aura apporté de connaissances nouvelles et de photos extraordinaires. Avec lui, au-delà même des acquis scientifiques, l’astronomie est entrée de plein pied dans le domaine du grand public… Ce nom, Hubble, à présent connu de tous, lui a été donné en mémoire d’un des plus grands astronomes que le monde ait connu, un de ceux dont on peut réellement dire qu’il a fait avancer la pensée scientifique. Mais qui était donc Edwin Hubble ?

  les premières années

Edwin Powell Hubble vit le jour le 20 novembre 1889, troisième d’une lignée de sept, dans une petite ville de quelques milliers d’habitants, Marshfield dans le Missouri. Son père, un homme rigide et assez conservateur, était agent d’assurances tandis que, à la maison, sa mère s’occupait d’élever ses nombreux enfants. La famille étant plutôt aisée, la première partie de l’enfance d’Edwin se déroula paisiblement. En 1898, toutefois, un événement important perturba sa vie : son père fut nommé à Chicago et toute la famille émigra pour la grande ville, ou plutôt sa banlieue.

Au fur et à mesure que le temps passait, le jeune Edwin apprit à se distinguer. Selon les quelques témoignages de l’époque que nous avons de lui, c’était un grand et beau jeune homme dont la scolarité, sans être exceptionnelle, était très satisfaisante mais qui excellait surtout en sport, notamment au basket et à la gymnastique (le saut en hauteur était sa discipline de prédilection). Il avait également passé une grande partie de son adolescence à dévorer des livres d’aventures, notamment ceux de Jules Verne (20 000 lieues sous les mers, de la Terre à la Lune, etc.) ce qui l’avait conduit à se passionner pour l’astronomie. A l’université de Chicago, il entreprit donc un parcours en mathématique et en astronomie mais continuait toujours à exceller en sport. Toutefois, voulant se consacrer au football américain, il reçut une fin de non recevoir de son père qui trouvait ce sport trop violent et il se dirigea… vers la boxe où il acquit une certaine réputation (la légende affirme même qu’il affronta Marcel Cerdan).

En 1910, à 21 ans, il obtient une bourse afin de poursuivre ses études à Oxford et s’embarque pour l’Angleterre qui deviendra sa deuxième patrie. Il est en effet subjugué par les traditions et la façon de vivre des habitants du vieux pays et cherche à se transformer en « parfait gentleman », allant jusqu’à simuler un soupçon d’accent anglais. Durant les quelques années qu’il passera sur le vieux continent, il apprend le droit et continue d’exceller en sport. C’est à cette époque qu’il commence à fumer la pipe, un accessoire qui deviendra indissociable de son image au point qu’il l’arborera toute sa vie bien qu’étant devenu non-fumeur. Son père étant mort en 1913, il revient en Amérique pour rejoindre sa famille à présent installée à Louisville (Kentucky) et, tout en cherchant à exercer le droit, se trouve un travail de professeur d’espagnol et de physique. Tout aurait pu en rester là pour lui mais, bientôt, son existence change à nouveau car, convié à une réunion de la Société Américaine d’Astronomie, il y retrouve ses premières amours.

A l’époque, un des grands débats de la discipline concernait la nature des nébuleuses, ces sortes de taches plus ou moins pâles dont certaines arboraient des bras spiraux. Selon les théories en vigueur, elles ne pouvaient être que intragalactiques puisqu’on pensait qu’il n’existait qu’une seule et unique galaxie, la Voie lactée, qui renfermait toute la matière visible. Pourtant, des études discordantes avaient déjà été menées qui concluaient au rapprochement de la galaxie d’Andromède (décalage vers le bleu de son spectre) tandis que la plupart des autres avaient un spectre décalé vers le rouge (et donc s’éloignant de nous).

l'appel de l’astronomie

Hubble passe son doctorat d’astronomie à l’université de Chicago en 1917. A cette époque, bien sûr, la guerre fait rage en Europe et il est mobilisé… mais trop tard pour participer effectivement aux combats. Il en profite pour faire une sorte de tour d’Europe durant deux ans, entrant en contact avec la majorité des astronomes de différents pays auxquels il fit d’ailleurs assez bonne impression. Ce n’est qu’en 1919 qu’il rentre aux USA et obtient d’emblée de se faire affecter à l’observatoire du Mont Wilson qui possédait le plus grand télescope du moment.

une découverte immense et ses conséquences

      les premières années au mont Wilson

Lorsque Edwin Hubble intègre son nouveau poste, un homme règne en maître sur l’observatoire du Mont Wilson : Harlow Shapley (1885-1972), une autorité indiscutable en astronomie. C’est surtout un des principaux théoriciens de la grande galaxie, c'est-à-dire de l’idée selon laquelle il n’existe qu’une seule galaxie – dans laquelle nous nous trouvons – et en dehors de laquelle il n’existe rien. Comme nous l’avons déjà vu dans un sujet précédent (voir le sujet : les galaxies), depuis Emmanuel Kant, certains prétendaient qu’il pouvait exister des univers-îles situés au-delà de la Voie lactée, très loin dans le cosmos, comme des répliques de notre propre galaxie. Malheureusement pour eux, ils n’ont aucun moyen de prouver leurs affirmations et on en reste à la théorie de Shapley. Hubble, lui, ne semble pas avoir de position tranchée sur la question.

En 1921, Shapley quitte le mont Wilson en laissant le champ libre à Hubble.  Ce dernier poursuit un long travail sur la classification, d’après leurs formes, des « nébuleuses » mais il s’intéresse aussi à celle dont on ne sait pas encore qu’elle est notre plus proche voisine : la grande galaxie d’Andromède M31. C’est un objet particulièrement intéressant car on peut y trouver de nombreuses novae (dont on ne connait pas encore la nature exacte) or Hubble pense qu’il pourra peut-être en calculer la distance. C’est en effectuant ce travail de fourmi qu’il repère un petit point brillant qu’il finit par identifier : une céphéide.

      céphéides et détermination des distances extragalactiques

Les céphéides sont des étoiles variables dont les différences de luminosité sont régulières et prévisibles (voir le sujet céphéides). Leurs caractéristiques ont été découvertes par la remarquable astronome que fut Henrietta Leavitt (1868-1921), trop longtemps et injustement oubliée (elle aurait certainement mérité un prix Nobel qu’elle n’aura jamais). Observant ce type d’étoiles variables dans le petit nuage de Magellan (galaxie naine satellite de la Voie lactée), Leavitt avait en effet remarqué que leur brillance est en rapport avec la durée de leur période de variation et, établissant une relation entre ces deux caractéristiques, elle arriva à en déduire leur éloignement. A l’époque de Hubble, la confirmation expérimentale de cette relation remonte déjà à plusieurs années (1916) et elle est due à… Harlow Shapley !  Edwin Hubble n’a plus qu’à faire ses calculs qui sont indiscutables : Andromède est située d’après lui à 900 000 années-lumière, c'est-à-dire bien trop loin pour faire partie de notre galaxie (on sait aujourd’hui qu’elle est en réalité à environ 2,5 millions d’années-lumière de nous). Dans la foulée, il observe les céphéides d’autres nébuleuses (M33, NGC 6822, etc.) et démontre leur position extragalactique. Il présente ses conclusions au congrès de la Société Américaine d’Astronomie en 1925. Face à ce qu’il faut bien appeler des preuves sans appel, Shapley reconnait son erreur et propose de débaptiser ces « nébuleuses » en « galaxies » un terme que, curieusement, Hubble n’utilisera jamais.

      l’univers en expansion

A ce moment de la vie de Hubble, il existe plusieurs certitudes :

1.    Les tâches floues appelées jusqu’alors nébuleuses sont en fait des galaxies comme la nôtre et certaines sont situées très loin dans l’espace ;

2.   Quelques unes de ces galaxies, à l’instar d’Andromède, se rapprochent de la Voie lactée (décalage spectral vers le bleu) mais la plupart s’en éloignent (décalage - Redshift en anglais - vers le rouge) ;

3.   Einstein a publié en 1917 sa théorie de la relativité générale (voir le sujet : théorie de la relativité générale) dans laquelle, pour contrebalancer les forces gravitationnelles d’attraction existant entre les objets cosmiques, il a introduit une force répulsive afin que son « univers » reste stationnaire. Toutefois, de nombreux scientifiques n’ont pas été convaincus par cet « artifice » de calcul et, reprenant les équations einsteiniennes, en sont arrivés à la conclusion que l’Univers ne peut être qu’en expansion (entre autres, Willem de Sitter, Alexander Friedmann et l’abbé mathématicien belge, Georges Lemaître, père de la théorie du Big bang).

Edwin Hubble travaille d’arrache-pied sur la question et, en 1929, il présente un article qui fera date : « Sur la relation entre la distance et la vitesse radiale de nébuleuses extragalactiques », article dans lequel il introduit une équation reliant vitesse et éloignement des galaxies où une constante H (dite constante de Hubble) lie les deux parties. Il estime cette constante à environ 500 km/sec et par mégaparsec (unité pratique en astronomie, le parsec vaut 3,2616 années-lumière et le mégaparsec un million de fois plus); on sait aujourd’hui que cette valeur est d’à  peu près 70 km/s/Mpc mais peu importe : Hubble a été le premier à démontrer l’expansion de l’Univers, une découverte majeure pour l’astronomie et la cosmologie scientifique puisque, au-delà de l’expansion elle-même, c’est elle qui a permis de définir l’âge de l’Univers.

 les années de gloire

Bien que continuant à travailler avec acharnement sur la classification des galaxies (une classification toujours en vigueur aujourd’hui), Hubble, souvent en compagnie de son ami Einstein, gloire de l’époque s’il en fut, fuit le monde des scientifiques. Il préfère les Arts et Spectacles, lie nombre d’amitiés dans le monde du cinéma d’Hollywood, rencontre Aldous Huxley qui deviendra son grand ami, fréquente les milieux dirigeants de la presse (Randolph Hearst), de la musique… En somme, il devient ce que l’on nomme aujourd’hui de l’atroce mot de « people ». Le corollaire de cet engagement est qu’il ne fréquente plus guère les conférences et colloques scientifiques, a plutôt tendance à snober les autres astronomes (que le lui rendront bien) et ne cherche pas du tout les promotions administratives.

Il ne faudrait pas croire pour autant qu’il a abandonné ses observations qu’il continue avec acharnement mais le télescope du mont Wilson devient pour lui un peu étroit et, comme toute une génération d’astronomes, il attend avec impatience la mise en service du télescope géant (pour l’époque) du mont Palomar.

  les années du crépuscule

La deuxième guerre mondiale venant de s’achever, il postule pour devenir le directeur de l’observatoire du mont Wilson mais on le lui refuse au motif qu’il est plus préoccupé par son activité auprès des gloires d’Hollywood que par l’astronomie. C’est totalement injuste car il a toujours continué de pratiquer avec brio la discipline mais on lui fait probablement payer là une supposée indifférence – voire une certaine arrogance disent d'autres – vis-à-vis du petit monde des scientifiques.

Le télescope du mont Palomar est mis en service en 1948 et, tout naturellement, compte tenu de sa contribution passée à l’avancée de la discipline, il demande une part importante du temps d’observation : le comité d’attribution refuse son programme jugé passéiste…

Edwin Powell Hubble meurt d’un infarctus du myocarde le 28 septembre 1953 à l’âge de 64 ans. Sa veuve refusa d’organiser un service funèbre et nul ne sait ce qu’il advint de sa dépouille.

  au Panthéon des scientifiques

Lorsqu’on se penche sur l’histoire des Sciences, on se rend compte que, la plupart du temps, les avancées sont lentes, parfois même laborieuses. Ce sont le plus souvent les efforts d’équipes multidisciplinaires qui permettent des découvertes véritables. Parce que la Science est toujours une remise en cause permanente des acquis au fur et à mesure du progrès des techniques et des idées mais également parce que la nouveauté repose sur le monde immense des pensées précédentes.

Toutefois, il existe de temps à autre de grands noms qui ne doivent (presque) rien à personne, de grands noms dont les contributions majeures arrivent à changer le cours des choses. Darwin fut certainement un des plus grands noms de la biologie parce qu’il inaugura une manière nouvelle d’appréhender la Vie, à contre-courant des préjugés de son époque. Einstein repensa littéralement la physique au point que, après lui, elle ne fut plus jamais la même. Rutherford contribua fortement à comprendre les mécanismes restés longtemps ignorés de la radioactivité, etc. Edwin Hubble fut, dans le domaine de l’astronomie un de ces hommes là et ce n’est que justice que l’on ait donné son nom au télescope spatial qui restera pour longtemps un des outils les plus remarquables que les hommes aient jamais construit.

Sources :

Ciel et Espace, HS n°14, avril 2010 (www.cieletespace.fr ) ;

https://edwinhubble.com ;

https://space.about.com ;

Images

1. Edwin Hubble (sources : www.pnas.org)

2. l'université d'Oxford (sources : www.pays-monde.fr)

3. l'observatoire du Mont Wilson (sources : www.astronomique.com)

4. la galaxie du Triangle M33 (sources : astro2009.futura-sciences.com)

5. redshift et constante de Hubble (sources : www.astropolis.fr)

6. télescope du Mont Palomar (sources : astro2009.futura-sciences.com) 

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

Mots-clés : télescope spatial Hubble -  observatoire du Mont Wilson - Harlow Shapley - céphéides - Henrietta Leavitt - constante de Hubble - observatoire du Mont Palomar

(les mots en gris renvoient à des sites d'informations complémentaires) 

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 Mise à jour : 7 mars 2023