Anomalies lumineuses d'étoiles et théorie des mégastructures

Où chercher des civilisations avancées ?

Leo, Pixabay

Nos moyens d'observation de l'univers et nos connaissances actuelles nous confrontent parfois à des anomalies spatiales donnant lieu à des articles sensationnels. Ceux-ci annoncent, par exemple, la découverte probable d'une vie extraterrestre. Le plus souvent, de nouvelles mesures viennent confirmer un phénomène naturel. Pour autant, il existe une catégorie d'anomalies, les luminosités variables de certaines étoiles qui laissent à la fois le public et la communauté scientifique envisager une vraie piste de recherche d'une vie extraterrestre. Une nouvelle étude de Shant Baghram (1), datant du 03 Décembre 2024 et qui paraîtra dans l’Astrophisical Journal (ApJ), propose d’ailleurs de chercher des structures de type Sphère de Dyson près de trous noirs primordiaux. L’auteur suggère également d’ajouter une échelle à celle de Kardashev, celle-ci mettant en relation l’avancement d’une supposée civilisation extraterrestre avec sa distance d’exploration spatiale.

Comment sont détectées les exoplanètes ?

La première méthode consiste, entre autres, à mesurer la vitesse relative d'objets grâce à une analyse spectroscopique Doppler. On cherche ici à détecter une variation de vitesse radiale de l'étoile, prouvant qu'un objet massif a une influence gravitationnelle sur celle-ci. Ce changement de vitesse radiale, induit par l'exoplanète, crée une sorte de barycentre commun aux deux objets. Le barycentre étant le centre de masse commun d’une étoile et de son ou ses planètes environnantes ; faisant légèrement osciller l’étoile autour de ce point gravitationnel. La variation de vitesse est créée par l'effet Doppler-Fizeau qui désigne un décalage de fréquence d'onde se produisant lorsque la distance de l’émetteur de l'onde, donc dans ce cas précis l'étoile, varie par rapport aux récepteurs que sont nos instruments de détection. Cet effet Doppler vous le connaissez déjà avec les ondes sonores, le bruit d'une voiture devenant plus ou moins aigu à mesure qu'un véhicule se rapproche ou s'éloigne. Imaginez une corde que vous secouez. Celle-ci se comporte un peu comme une onde, c'est-à-dire que les courbes créées par le mouvement de votre main sont très rapprochées et courtes lorsqu’elles sont proches de votre main, tandis que celles en bout de corde sont beaucoup plus larges et amples.

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Une autre méthode de détection d'exoplanète consiste à observer des transits. Pour se faire le plan de rotation du système visé doit être aligné avec l'axe de l'observateur. Ainsi, lorsque la planète passe devant son étoile, nous pouvons voir une baisse de luminosité croissante à mesure que celle-ci progresse vers l'axe parfait où elle se situera entre nous et l'étoile. Comme lors d'une éclipse. On parle ainsi de transit planétaire. C'est là que la première méthode utilisant les vitesses radiales est utile car elle ne dépend pas de l'axe d'inclinaison orbitale et nous permet de détecter des planètes qui ne nous masquent pas la luminosité de leur étoile.

Nous pouvons différencier une exoplanète d'une mégastructure car les planètes reflètent la lumière de leurs étoiles, mais émettent aussi leurs propres rayonnements. Cependant, ces données ne sont pas réellement détectables seules tant elles sont faibles. Il est donc obligatoire d'observer les étoiles et les données qu'elles nous transmettent avant d'ensuite détecter une planète orbitant autour. En analysant les spectres de lumière observée, il est possible de déduire la nature des objets ayant intercepté cette lumière. C'est ce qui permet de pouvoir classer aujourd'hui de véritables ''anomalies'' d'observation et de déterminer si l'objet occultant est de nature artificielle ou non.

Il existe une autre technique permettant d’exclure une observation d'objet naturel qui serait encore mal comprise et donc de conclure à la présence d'un objet artificiel. Il s’agit de vérifier si les éclipses suivent une séquence régulière, ce qui indiquerait un espacement régulier, donc non naturel entre les objets autour de l’étoile, suggérant ainsi la présence d’objets artificiels.

Comme, par exemple, des panneaux solaires espacés de manière régulière. Prenons un exemple simple, imaginez une balle sur laquelle vous plantez des aiguilles avec une petite boule en leur sommet. Ces aiguilles étant chacune espacées les unes des autres avec le même écart créant un espacement non naturel. Une planète va masquer la lumière pendant un intervalle de plusieurs heures ou jours et ceci de manière régulière alors que par exemple l'étoile KIC 8462852 ou étoile de Tabby montre des périodes inégales où sa lumière est cachée avec de plus un masquage trop important pour que tout ceci puisse être dû à une planète géante. Jupiter masque environ 1% du rayonnement de notre étoile alors que KIC 8462852 est masquée de 15 à 22%, ce qui est impossible, même avec une exoplanète géante.

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Ce qui rend complexe la détection de ces supposées structures est qu'elles doivent se situer dans l'axe d'observation. Autrement dit, si la lumière est occultée dans une direction opposée à notre point de vue alors, nous ne pouvons pas, en l'état actuel de nos méthodes de détection, observer un quelconque changement de luminosité ou d’émission d'infrarouges d'une longueur d'onde particulière et indiquant la présence d'une absorption d'énergie. Nous ne pourrions que simplement conclure à la présence d'un objet naturel tel qu'une planète, si celui-ci passe dans notre ligne d’observation de l’étoile.

Il y a deux types de ce que les scientifiques nomment ''DS'' pour Dyson Sphere. C'est-à-dire la présence d'objets de formes diverses servant à capturer l'énergie de son étoile. La DS complète est lorsque l'entièreté d'une étoile est englobée dans une structure opaque et la DS partielle lorsqu'une partie seulement de l'étoile est masquée. Pour la DS partielle, les scientifiques cherchent des moments de radiation infrarouge au même moment où se situe une baisse de luminosité de l'étoile. Indiquant que quelque chose capte la lumière. La DS complète nous masquerait totalement la lumière visible et ne laisserait que s'échapper de la chaleur que nous pourrions observer en infrarouge. À cause des lois thermodynamiques qui nous indiquent que l'énergie doit s'échapper, et donc irradier sous forme de chaleur.

Vient le problème de cette longueur d'onde observée. Elle ne peut pas être indubitablement imputée à la présence d'une structure. En effet, plusieurs objets occultant la lumière visible d'une étoile, tel un nuage d'hydrogène agissant comme une poussière dans l'espace, ou encore un disque de débris ou d’accrétion qui est le début de la formation d'une planète, peuvent créer le même résultat visuel quant à la réduction d'émission de lumière de l'étoile, mais aussi la création d'infrarouges avec de grandes ondes. Il existe aussi la possibilité d'avoir un quasar en arrière-plan d'une étoile, donnant les mêmes résultats d'observation d'ondes. L'excès d'émission d'infrarouge pouvant être également de poussière circumstellaire qui a été chauffée par son étoile.

Pour la poussière, nous pouvons détecter sa présence, car les infrarouges traversent mal cet élément. Il en résulte une dégradation du signal lumineux. Mais nous pouvons savoir quelle était la lumière d'origine de l'étoile grâce à son spectre et donc déterminer la quantité de poussière entre l'étoile et notre système solaire. Cette poussière peut par contre nous tromper. Elle peut nous donner l'impression de regarder un seul système solaire alors qu'un autre se situe derrière, dans le même alignement, même à une distance énorme, comme dans une autre galaxie. Il s'agit d'un flux global de lumière dont nous devons découper les données afin de déterminer quelles sont les signatures exactes.

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En résumé, il existe bon nombre de facteurs pouvant expliquer des rayonnements communs avec ceux que peuvent produire d'hypothétiques mégastructures artificielles. L'existence potentielle de ces structures n'est pas rejetée par la communauté scientifique et pourrait même être une source d'explications face à certaines anomalies. Mais celles-ci trouveront probablement des explications naturelles dans l'avenir comme cela a déjà été le cas par le passé, car les données nécessitent des analyses spectroscopiques permettant d'étudier le spectre lumineux et d'y observer par exemple les dégradations du signal. Cela peut permettre de déterminer la nature réelle des objets traversés par cette lumière ainsi que celle d'origine ayant traversé ces obstacles.

Comprenons bien que nous observons l'univers sur un large plan et qu'avant d'investir des moyens en temps et en argent, la communauté doit d'abord déterminer qu'une observation est suffisamment inexplicable avant de se lancer dans d'autres analyses. En d'autres termes, les anomalies pouvant avoir des explications naturelles ne seront étudiées en profondeur que bien plus tard. Nous collectons ainsi d'abord des données plus ''brutes'' permettant d'identifier la présence d'objets avant d'entrer dans des mesures plus complexes afin d'en identifier la nature exacte.

Sphères de Dyson

Les sphères de Dyson sont théorisées par le physicien Freeman Dyson en 1960, mais imaginées par lui-même dès 1945. Il s'agit d'une biosphère constituée d'une sphère creuse en matériaux artificiels dont l'utilité serait de pouvoir capter une très grande partie des radiations stellaires émises par une étoile. Cette source d'énergie servant à approvisionner une civilisation avancée. Cet outil permettrait de régler les problèmes de besoins en énergie, soit parce que la planète d'origine a été vidée de ses ressources, soit parce que la production d'énergie ne peut plus suivre un fort accroissement démographique. On imagine aussi un autre avantage qui serait de pouvoir bénéficier d'une centrale localisée au centre d'un système planétaire, ce qui évite d'avoir à déplacer des ressources d'une planète à l'autre quand l'une serait dans une période où elle se trouve en orbite de l'autre côté de l'étoile par rapport à la planète où se situe la source d'énergie. L'astronome Nikolaï Kardashev avait d'ailleurs créé un classement de l'avancement de civilisations extraterrestres. La civilisation de type I serait capable d’utiliser toute l'énergie disponible sur sa planète et celle de type II, d'utiliser toute l'énergie de son étoile. C'est précisément au type II que correspondrait cette sphère de dyson. Pour finir, cette mégastructure pourrait être en forme de coquille.. en bulle.. en anneau ou encore en essaim. Étant donné qu'elle occulte toute ou grande partie de son étoile, il faut donc utiliser la détection d'infrarouges afin de trouver une telle sphère. Car les lois thermodynamiques nous indiquent que l'énergie doit s'échapper et donc irradier sous forme de chaleur.

Quelques problèmes sont à mettre en exergue concernant la possibilité de l'existence d'un tel objet. Premièrement, les ressources demandées pour construire un objet d'une circonférence dépassant celle d'une étoile, qui est donc l'objet le plus massif de son système, seraient équivalentes ou supérieures à l'entièreté des ressources disponibles dans tout ce système solaire. Deuxièmement, cet objet ne respecte pas les lois de la physique comme celle des forces de cisaillement. De plus, le physicien Maddox avance qu'une structure ne peut pas atteindre une unité astronomique de rayon. On peut également se demander comment une telle masse creuse pourrait résister aux lois physiques sans s'effondrer sur elle-même à cause des forces gravitationnelles exercées par son propre champ et comment celui-ci interagirait avec celui de son étoile. Quel serait le barycentre commun avec l'étoile créée par cette structure ? Y-en aurait-il un ? Si tel est le cas, quelle influence gravitationnelle tout ceci aurait sur les autres planètes environnantes ? Ajoutons aussi le refroidissement des planètes ne bénéficiant plus d'assez de lumière. Il faudrait consacrer une grande partie de l'énergie captée pour pourvoir aux besoins primaires de chaque planète afin que celles-ci ne se transforment pas en lieux inhabitables. Si l'on ajoute à cela le transport de cette énergie captée, cela reviendrait à une opération presque nulle ou peu prolifique, sauf si le système solaire exploité est inhabité et que les planètes environnantes ont été détruites afin de fournir les matériaux nécessaires. La civilisation utilisant alors cette structure vivrait à côté de ce système solaire. Mais, là aussi, le problème de transport d'énergie intervient et sur une plus grande distance. À moins que le transport soit très rapide pour cette civilisation, ce qui est fort probable, mais demande tout de même de l'énergie.

Freeman Dyson a répondu aux critiques concernant la forme de l'objet et son impossibilité physique en précisant qu'il n'imaginait pas une sphère telle une coquille, ce qui lui semble impossible, mais plutôt un essaim d'objets sur des orbites uniques. Il est donc plus correct de parler d'un regroupement d'objets tournants autour de l'étoile, de ''capteurs” plutôt que d'une sphère. Celle-ci est restée dans l'imaginaire collectif, y compris dans le langage scientifique, alors que même son créateur ne concevait pas une telle structure.

Dans le cas probable où un essaim existerait, celui-ci occulterait lui aussi une partie ou partie importante de son étoile. La lumière visible serait alors absorbée par cette structure ou plus précisément cet ensemble de structures. Si la lumière était totalement occultée par une sphère de Dyson au sens propre du terme, alors nous détecterions qu'un objet massif entraîne des planètes en orbite sans que l'on puisse observer de lumière directe. L’étoile serait détectable grâce à l’observation par infrarouge de la chaleur rejetée. Un essaim nous masquerait la lumière par intervalles probablement réguliers, indiquant donc un espacement non naturel des objets entourant l'étoile.

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Panneau solaire géant.

Ce qui semble le plus probable serait l'existence d'un ou plusieurs panneaux solaires captant l'énergie d'une étoile, ils correspondraient à la catégorie d’essaims imaginés par Dyson, on parle ici d'un ou plusieurs objets géants. D'une part, sa conception est réalisable sans nécessiter une quantité de ressources incroyable, d'autre part, elle ne viole aucun principe physique. Sa détection pourrait se faire par infrarouge. Mais, là aussi, il doit passer par l’axe entre l’étoile et le système observant. Le résultat d'observation serait celui d'une étoile dont la luminosité baisserait lors du passage de cette structure dans l'axe d'observation. Imaginez ce panneau en orbite et donc tournant autour de son étoile. Cette étoile aurait sa luminosité au maximum lorsque ce panneau serait sur le côté ou derrière l'étoile et cette luminosité déclinerait progressivement au fur et à mesure du passage de cet objet dans notre axe. Lorsque le panneau serait aligné entre son étoile et notre système solaire, alors nous observerions la plus faible luminosité de cette étoile. C’est le même principe que pour une éclipse.

Analyse d'une candidate à la présence d'une mégastructure:

KIC 8462852 ou Tabby, est une étoile située dans la constellation du Cygne et présentant une luminosité baissant de 15% à 22%. Cette étoile intrigue les chercheurs et il existe beaucoup de théories expliquant ces observations :

• Une étoile mal formée. Cette explication est discutable, car aucun anneau circumstellaire n'a été observé.

• Champ de débris planétaires créés par la collision de deux planètes. Cette théorie ne semble pas expliquer le phénomène car nous aurions une poussière chauffée par son étoile qui brillerait dans l'infrarouge or, ce n'est pas ce que nous observons.

• Une planète tombant vers son étoile et se disloquant. Il s'agirait alors de très gros débris n'étant pas chauffés par l'étoile. Ceci n'entre pas dans la catégorie de l'explication ci-dessus. Et reste donc une explication possible.

• Une planète à anneaux oscillants. De nouvelles mesures de vitesse radiale permettront d'exclure ou garder cette hypothèse.

• Refroidissement de la photosphère de l'étoile. La rotation différentielle de l'étoile produite par les différentes couches de l'étoile bougeant à diverses vitesses, crée une efficacité plus faible lors du transport de chaleur. Le flux de chaleur manquant crée alors une légère augmentation d'énergie interne.

• Nuage de comètes en cours de désintégration. Explication rendue difficile par la baisse de 22% de la luminosité observée qui ne semble pas pouvoir résulter de l'obscurcissement d'un tel nuage.

• Anneau de poussière irrégulier. Selon certaines recherches, les données observées concordent avec cette théorie. D'autant plus qu'un objet plus grand qu'une particule de poussière masquerait de manière égale toutes les longueurs d'onde lors de son passage devant l'étoile. Pourtant, la lumière infrarouge subit moins de variations que l'ultraviolet.

Il reste quelques théories mais aucune de ces explications ne parvient à correspondre entièrement aux données collectées. L'hypothèse d'une mégastructure ne parvient pas non plus à expliquer les baisses observées. Steve Howell rapproche KIC 8462859 de KIC 4510611 qui avait, elle aussi, des variations de lumière étranges. Suite aux recherches nous, avons découvert qu'il s'agissait en réalité d'un système quintuple. C'est-à-dire d'un système stellaire composé de plusieurs petites étoiles au nombre de cinq et orbitant les unes autour des autres.

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Conclusion et réflexion sur l'intelligence extraterrestre :

Il existe d'autres étoiles intéressantes comme celles évoquées ci-dessus où la possibilité d'une intelligence extraterrestre exploitant son étoile fait partie des solutions proposées par les scientifiques. Mais nous devons toujours rester patients et ouverts au fait que, comme nous l'avons vu, il reste encore beaucoup d'explications naturelles probables qui peuvent d'ailleurs s'imbriquer entre elles, par exemple un système stellaire auquel on ajouterait la présence de débris de planète, rendant nos observations très étranges.

Quelques problèmes logiques viennent critiquer l’utilité de telles structures : premièrement, il existe en théorie une solution apportant bien plus de résultats. Il s'agit d’envoyer de l’énergie dans un trou noir que l'on récupère ensuite avec un rendement supérieur, donnant ainsi une source infinie. Sans entrer dans cette technique, nous voyons que même en l'état actuel de nos connaissances, nous théorisons déjà des moyens plus rentables. Alors que nous ne sommes pas capables de créer une mégastructure captant l'énergie d'une étoile. Quel est donc le degré de connaissance d'une civilisation étant capable de créer hypothétiquement ce genre d'objet ? Ces intelligences ont-elles toujours besoin d'utiliser cette méthode ou ont-ils trouvé mieux ? La réponse logique est de dire qu'ils ont probablement une autre méthode bien plus rentable. Sont-ils même déjà en mesure de créer de l'énergie à partir de rien ou plutôt à partir de presque rien car nous savons qu'il existe toujours quelque chose et que le vide total n'existe pas. Mais ce qui me semble le plus intéressant est de comprendre que nous sommes nous-même à la porte d'un seuil extraordinaire de connaissances. En effet, notre intelligence artificielle actuelle est vouée, dans le futur, à devenir une conscience autonome. Un outil de recherche inimaginable étant donné que celui-ci progresserait de manière exponentielle. Il s’agit d’une super intelligence artificielle capable de s’améliorer lui-même et de pouvoir traiter lui-même les données de tout ce qui nous entoure. Le besoin de stockage de données et de puissance de calcul nous a poussés à créer des ordinateurs qui nous ont donné l'idée de s'en servir comme outil autonome.

En théorie, nous pouvons imaginer qu’il est fort probable qu’un tel appareil de recherche existe si une civilisation arrive à passer le cap technologique que nous recherchons actuellement. Avec un tel outil il est donc fort probable que cette forme de vie aura trouvé bien d'autres moyens de se fournir en énergie tant leur degré de connaissances apporté par leur IA devrait être extraordinaire.

Il semble un peu plus réaliste par conséquent de chercher, non pas une structure absorbant de l'énergie, mais une sorte d'étoile artificielle comme celle de Star Wars, servant de lieu de vie et pouvant être extraordinairement massive. Le terme ‘’étoile’’ utilisé dans le film est confus et désigne bien évidemment une planète. L'objet aurait donc les mêmes caractéristiques qu'une mégastructure en tant qu'obstacle à la lumière de son étoile tout en ne dégageant pas le même rayonnement que celui d'une planète. L'avantage est de créer un lieu de vie adapté aux besoins ou volontés diverses sans avoir à modifier une planète déjà existante. Peut-être aussi parce que cette forme de vie respecterait les autres formes et qu'il en existe déjà dans le système dans lequel ils ont implanté leur planète artificielle. Les deux espèces vivent donc en harmonie sans que l'une vienne coloniser l'autre ou prendre un espace de vie existant avant leur arrivée. À moins qu’il ne s’agisse pas d’une forme de vie, mais d’une super IA qui aurait totalement pris le contrôle ou remplacé le peuple l’ayant créée. Nous connaissons déjà des problèmes ‘’d’alignement’’ avec nos IA qui est la différence entre la méthode demandée pour atteindre un résultat et ce que l’IA utilise comme moyens pour arriver à celui-ci. Cet outil pourrait donc dégénérer gravement si celui-ci n’est pas assez surveillé ou mal conçu.

1. In Search of Extraterrestrial Artificial Intelligence through the Dyson Sphere-like structures around the Primordial Black Holes, Chant Baghram, 03_12_2024, Cornell University. https://arxiv.org/abs/2412.02671.