Françoise Combes, l'exploratrice des galaxies médaille d'or 2020 du CNRS

L'astrophysicienne Françoise Combes en 2013. © P. Henarejos/C&E
La médaille d’or du CNRS est décernée cette année à l’astrophysicienne Françoise Combes. Une récompense qui vient couronner la carrière de l’une des plus grandes spécialistes mondiales des galaxies.

« Je ne consulte mon téléphone portable qu’une fois par jour. J’ai donc appris la nouvelle le lendemain de l’appel d’Antoine Petit [le PDG du CNRS, NDLR]. Évidemment, j’étais très contente ! » Membre de l’Académie des sciences et chevalier de la Légion dhonneur, professeure au Collège de France, l’astronome Françoise Combes n’en est pas à sa première couronne de lauriers. Celle que lui tresse cette année le CNRS lui est cependant particulièrement chère. « La dernière médaille d’or attribuée à un astrophysicien date de 1983 », note-t-elle. À cette époque, c’est le père de l’astrophysique en France, Evry Schatzman, qui avait été récompensé. « Et très peu de femmes l’ont obtenue. » Cinq, à vrai dire, depuis 1954 ! En plus quarante ans de carrière à l’Ecole normale supérieure et à l’observatoire de Paris, Françoise Combes a touché à tous les aspects de la physique et de l’évolution des galaxies – y apportant souvent des contributions décisives. Aujourd’hui, elle cherche à percer le mystère de la matière noire. Interview.

Ciel & espace : Vous vous êtes intéressée à la composition chimique des galaxies, à leur dynamique et à leur structure, à leur transformation au fil de l’évolution cosmique, tout cela en faisant des observations à différentes longueurs d’onde, en réalisant des simulations numériques marquantes... Avec le recul, quelles sont les découvertes dont vous êtes la plus fière ?

Françoise Combes : On peut citer le travail de 1981 sur l’origine des barres au centre des galaxies spirales. À cette époque, on cherchait à expliquer pourquoi on voyait des barres dans la moitié des galaxies spirales, alors que selon la théorie en vogue il ne devait pas y en avoir. Les gens tentaient de reproduire leur apparition dans des simulations numériques. Des simulations en deux dimensions : d’abord parce qu’on pensait que les étoiles tournaient à peu près dans le même plan, et ensuite parce que les ressources informatiques n’étaient pas énormes ! J’ai fait l’une des premières simulations 3D. Elle montrait non seulement la persistance des barres, mais aussi leur rôle dans la formation des bulbes au centre des galaxies. Cette simulation reproduisait notamment l’étrange forme en cacahuète du bulbe de certaines galaxies, qui était alors totalement mystérieuse. Plus tard, les simulations ont permis de comprendre comment les barres alimentaient les trous noirs au centre des galaxies, notamment.

La forme caractéristique du bulbe de NGC 128, qui pourrait être aussi celle du bulbe de notre galaxie,
était inexplicable avant les travaux de Françoise Combes en 1981. © A.Block

Avant vos travaux pionniers en simulation numérique, vous aviez aussi réalisé une première dans le domaine de l’observation en radioastronomie...

F. C. : C’est vrai. Après ma thèse de 3e cycle avec Evry Schatzman, qui portait sur un modèle de coexistence matière/antimatière au début de l’Univers (et qui d’ailleurs ne fonctionnait pas !), je me suis tourné en 1975 vers la radioastronomie. Pierre Encrenaz venait de créer un tout nouveau laboratoire, il avait de nombreux contacts aux États-Unis et nous avons commencé à observer avec des radiotélescopes américains, à la recherche de molécules dans les autres galaxies. En 1977, nous avons découvert le monoxyde de carbone (CO) dans la galaxie d’Andromède. La toute première molécule hors de la Voie lactée. Nous étions très contents, d’autant que nos collègues américains l’avaient aussi cherchée sans la trouver. C’est qu’ils avaient visé le bulbe de la galaxie, alors que nous avions pointé ses bras : c’est là où sont les nuages moléculaires où se forment les étoiles. Aujourd’hui bien sûr on observe des molécules partout dans l’Univers, mais à l’époque c’était complètement nouveau.

Vous avez poursuivi ces travaux tous azimuts et en 1994 vous avez découvert du CO dans des galaxies à plusieurs milliards d’années-lumière, à l’avant-plan d’un quasar. Là encore, une première.

F. C. : Oui, avec Tommy Wilkind nous avons découvert quelques galaxies dont les molécules absorbaient le rayonnement de quasars situés à l’arrière-plan. Cette configuration permet d’étudier avec beaucoup de finesse la composition et la dynamique de galaxies qui sont très lointaines. Mais elle est rare : pendant 20 ans, nos cinq galaxies sont restées les seules connues. Et aujourd’hui il y en a seulement sept. Ce sont des objets très étudiés.

L'interféromètre Alma de l'ESO, au Chili, est l'un des instruments qu'utilise Françoise Combes pour sonder les galaxies. © Y. Beletsky (LCO)/ESO

Peut-on dire que la simulation numérique d’une part et l’observation d’autre part, ont été et sont toujours les deux piliers de vos travaux sur les galaxies ?

F. C. : Pour moi, l’aller-retour entre la théorie et l’observation, via la simulation, est indispensable. La simulation permet de tester les théories grâce à des expériences sur ordinateur. Elles sont précieuses car en astrophysique on ne peut pas étudier notre objet d’étude en laboratoire ! C’est pour cela notamment qu’à partir de 2005, nous avons créé une vaste bibliothèque de simulations consacrées à l’évolution des galaxies en interaction, réalisées en variant différents paramètres (masses respectives, types, géométrie, etc.), et en accès libre. Grâce à GalMer, les chercheurs peuvent faire des analyses statistiques poussées pour tester leurs modèles d’évolution des galaxies. Mais bien sûr, à un moment ou un autre, il faut se confronter au réel, et c’est le rôle des observations.

Impossible d’évoquer la formation et l’évolution des galaxies sans parler de la matière noire. On sait depuis les années 1970 que les galaxies tournent comme si elles possédaient plus de masse qu’elles n’en montrent. La proportion de cette matière noire serait écrasante, et pourtant on n’a toujours pas découvert sa nature. Certains chercheurs pensent qu’elle n’existe pas, et que la rotation anormale des galaxies est en réalité due au fait que nous comprenons mal la gravitation. Quel est votre point de vue ?

F. C. : C’est un sujet passionnant ! Pendant longtemps on a cru que la matière noire était composée de wimps – des particules stables, de 100 fois la masse du proton, dont l’existence arrangeait à la fois les physiciens des particules et les cosmologistes [parce qu’on a aussi besoin de matière noire pour former les galaxies au début de l’Univers, NDLR]. Mais ces wimps, on ne les voit pas. On les a cherchées pendant 35 ans avec différentes expériences au sol et dans l’espace. On a même essayé de les recréer avec le LHC au Cern, mais sans succès. C’est pourquoi à mon avis il ne faut pas abandonner la piste d’une gravité modifiée.

Vous vous rangez du côté des tenants de l’hypothèse MOND ?

F. C. : La théorie MOND explique bien la dynamique des galaxies, mais pas leur origine. Elle n’aborde qu’une facette du problème. Je pense qu’il y a quelque chose de plus profond… Peut-être que le problème s’éclaircira lorsqu’on aura une vraie théorie de gravité quantique [la théorie de la gravitation et la physique quantique sont aujourd’hui incompatibles, les unifier est le but ultime de la physique théorique, NDLR] ? En attendant beaucoup de pistes sont explorées dans tous les sens : les physiciens des particules ont un nouveau candidat, l’axion, et nous astrophysiciens attendons avec impatience le lancement d’Euclid par l’agence spatiale européenne en 2022.

Toujours ce retour à l’observation ?

F. C. : Oui, pour nous en sortir, il nous faudra plus de données. Euclid va mesurer la forme et le rayonnement de 12 milliards de galaxies, sur les dix derniers milliards d’années de l’Univers. C’est énorme ! A coup sûr nous allons beaucoup apprendre sur le problème de la matière noire, mais aussi sur celui de l’énergie sombre – l’autre grande question en cosmologie.

Un mot pour conclure sur la place des femmes en astronomie. Votre parcours pourrait en inspirer plus d’une. Quel conseil donneriez-vous à une étudiante qui voudrait devenir astrophysicienne, comme vous ?

F. C. : Lorsque j’ai commencé ma carrière, il y avait 30 % de femmes en astronomie. Aujourd’hui malheureusement, c’est un peu moins [22 % exactement, lire notre enquête à ce sujet, NDLR]. Il y a donc un recul, probablement dû au fait que les recrutements sur des postes permanents sont de plus en plus tardifs. Il faut désormais attendre six à huit ans après sa soutenance de thèse pour obtenir un tel poste, ce qui signifie que jusqu’à 30-35 ans les chercheurs travaillent avec des contrats courts, souvent à l’étranger. Cette longue période de « postdoc » n’est pas idéale pour fonder une famille ! On remarque que les femmes abandonnent la compétition un peu plus tôt que les hommes. Elles sont donc moins souvent recrutées. C’est dommage, parce que leurs chances de succès aux concours sont identiques. À une étudiante qui voudrait devenir astrophysicienne, je conseillerais donc de bien se préparer à la forte compétition – il y a 4 postes pour 180 candidats au CNRS – et de persévérer.

 

Note : Retrouvez Françoise Combes dans un podcast daté de 2013 de la série « Un métier, une passion ».

 

 

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