Margaret Burbidge | La chimie des étoiles

Bien que la parité ne soit toujours pas acquise de nos jours, l’accès aux outils d’observation pour les femmes est aujourd’hui commun dans la grande majorité des pays du monde. Malheureusement, ce ne fut pas toujours aussi évident. En effet, avant la seconde moitié du 20ᵉ siècle, très peu d’observatoires autorisaient l’accès aux femmes. Si leurs compétences équivalaient à celles des hommes, leurs recherches étaient donc freinées par ce manque d’accessibilité aux meilleurs instruments.

L’un des premiers changements majeurs arriva lors de la Seconde Guerre mondiale. En effet, alors que la majorité du personnel masculin était envoyée au front, de nombreuses femmes furent embauchées pour combler le manque de main-d’œuvre. Ce fut notamment le cas de certains observatoires. Une opportunité pour les astronomes féminines d’avoir accès librement aux meilleurs instruments d’observatoire et de prouver leurs compétences. Dans ce contexte, l’astronome britannique Margaret Burbidge se démarqua et devint l’une des femmes les plus influentes de l’astronomie du XXᵉ siècle.

L’impact de la Seconde Guerre mondiale

Eleanor Margaret Peachey, plus connue sous le nom de Margaret Burbidge, vit le jour à Davenport en Angleterre, le 12 août 1919. Ayant grandi dans une famille de scientifiques, elle fut très rapidement initiée au monde des sciences et en particulier à l’astronomie. C’est notamment sa mère qui lui montrera comment étudier les étoiles dès l’âge de quatre ans. Forte de cette culture, Margaret entra au University College of London (UCL) en 1936. Elle en sortira diplômée en astronomie trois ans plus tard.

Après avoir accepté puis quitté (au bout d’un jour) un poste de calculatrice à UCL, Margaret part travailler aux côtés de sa mère pour soigner les blessés de guerre. Cependant, en septembre 1939, la Seconde Guerre mondiale débute. De nombreux hommes sont ainsi envoyés au front ou réquisitionnés pour participer à l’effort de guerre. Manquant de personnel, UCL embauche alors Margaret en tant qu’assistante en parallèle de la poursuite de ses études. Alors que l’accès aux instruments d’observation était très limité pour les femmes à cette époque, les conditions particulières de la guerre permirent à Margaret d’avoir accès au télescope de 61 cm de l’observatoire de l’université de Londres.

Après la mobilisation du directeur de l’époque Christopher Gregory, Margaret sera chargée de la direction de l’observatoire jusqu’à la fin de la guerre. Son rôle principal sera alors l’entretien du bâtiment et sa réparation en cas de dégâts causés par des éclats d’obus ou des bombardements.

*Margaret Burbidge regardant dans le télescope de l’observatoire de l’université de Londres. ©UCL*

L’étude des étoiles Be

Cette liberté permit à Margaret de travailler sur l’étude des étoiles Be. Il s’agit d’étoiles en rotation rapide dont le spectre lumineux montre des raies d’émission. Pour rappel, lorsque la lumière est émise au cœur d’une étoile, elle traverse les différentes couches de gaz de cette dernière. Les gaz vont alors absorber une partie de la lumière. En séparant les différentes « couleurs » de la lumière (comme un arc-en-ciel), on obtient alors un spectre. En temps normal, le spectre d’une étoile, comme le Soleil, montre des zones sombres. Ces zones correspondent à la partie de la lumière absorbée par le gaz. On appelle cela des raies d’absorption. À l’inverse, les raies d’émission observées dans le spectre des étoiles Be montrent qu’une partie des couches externes de l’étoile produit de la lumière au lieu de l’absorber. On sait aujourd’hui que cette émission provient d’un disque de poussière présent autour de l’étoile.

Margaret étudiera ainsi le spectre et la composition de l’étoile Gamma Cassiopeia. En 1943, elle soutiendra avec succès devant le jury de l’UCL sa thèse intitulée : « On the spectrum of gamma Cassiopeia ». Elle continuera ainsi ses observations sur la composition des étoiles jusqu’à la fin de la guerre en 1945. Les choses se compliqueront ensuite avec le retour des hommes à l’observatoire. En effet, Margaret perdra alors une grande partie de ses droits d’accès aux instruments et n’obtiendra qu’un poste de 2ᵉ assistante de direction. Durant cette période, elle rencontrera néanmoins son futur mari et collaborateur lors d’un cours suivi à l’UCL en 1947.

*Photographie de Gamma Cassiopeiae. © Neil Michael Wyatt*

La chimie des étoiles

L’après-guerre sera très difficile pour Margaret, qui se verra refuser de nombreuses bourses ainsi que l’accès à la plupart des observatoires. Elle devra notamment financer elle-même sa mission à l’Observatoire de Haute-Provence pour pouvoir faire des observations. Arrivant malgré tout à faire quelques observations, le couple Burbidge s’intéressera rapidement à l’origine des éléments chimiques. En effet, Margaret n’était pas en accord avec la théorie majeure de l’époque qui voulait que l’ensemble des atomes existants se soit formé à l’origine de l’univers. Elle et son mari appuyaient plutôt l’hypothèse de la nucléosynthèse stellaire. Une théorie voulant que les atomes les plus lourds se forment à l’intérieur des étoiles.

Ce travail demandant des compétences poussées en physique nucléaire, Margaret et Geoffrey s’associèrent au physicien William Fowler et à leur ami Fred Hoyle. Ce dernier est à l’origine de l’hypothèse de la nucléosynthèse stellaire. Malheureusement, au début des années 1950, Margaret rencontra d’énormes difficultés à trouver des bourses pour financer ses recherches. Le couple partira donc en 1954 aux États-Unis, où Geoffrey avait obtenu une bourse d’études à l’observatoire du mont Wilson. Une bourse d’observation accordée à un physicien théoricien qui fut précédemment refusée à Margaret, l’astronome. En effet, le directeur de l’époque refusait qu’une femme manipule l’instrument de l’observatoire. Margaret mena donc les observations sous le titre « d’assistante ».

En 1957, les quatre collaborateurs publient leur article sous la direction de Margaret. Cet article, surnommé B2FH, s’intitulera Synthesis of the elements in stars et révolutionnera notre compréhension de la chimie des étoiles. L’équipe montra notamment que l’abondance observée des différents atomes et isotopes ne pouvait être expliquée par une formation lors de la création de l’univers. Ils montrèrent également que les conditions extrêmes au cœur des étoiles et lors de la fin de vie des étoiles peuvent permettre de former les éléments les plus lourds du tableau périodique.

*Photographie de Margaret et Geoffrey Burbidge, William Fowler et Fred Hoyle.*

Les origines des quasars

Après avoir publié l’un des articles les plus importants de l’histoire de l’astronomie, Margaret s’intéressa à la physique des galaxies. Pour cela, le couple s’installa à Chicago pour travailler à l’observatoire de Yerkes. Grâce à la grande résolution du télescope McDonald, possédant un miroir de 2,08 mètres de diamètre (le plus grand télescope français actuel mesurant 2,03 m de diamètre), Margaret et Geoffrey purent étudier précisément la spectroscopie des galaxies. Les spectres lumineux variant avec la vitesse d’un objet, cela leur permit de mesurer précisément la vitesse de rotation et la masse de nombreuses galaxies ainsi que la structure des spirales. Pour rappel, les galaxies sont des regroupements de milliards d’étoiles. Certaines, comme la nôtre, la Voie Lactée, disposent de « bras » en forme de spirales.

Les deux scientifiques étudieront également un autre mystère de l’univers, les quasars. Ces objets, découverts à la fin des années 1950, sont des astres compactes émettant une très grande quantité de lumière, notamment dans le domaine des ondes radio. Leur nom vient de « Source radio quasi-stellaire » qui fut abrégé en quasar. Leur origine étant encore inconnue à l’époque, l’équipe B2FH propose une origine à ces objets lumineux. Ce phénomène proviendrait de l’effondrement de matière dans un trou noir supermassif situé au cœur d’une galaxie. De nos jours, nous connaissons différents types de quasars, dont l’origine n’est pas prouvée définitivement. Cependant, l’hypothèse de Margaret et de ses collaborateurs est aujourd’hui celle privilégiée par la communauté astronomique pour expliquer l’origine des quasars observés au cœur des galaxies.

Margaret décédera en 2020 à l’âge de 100 ans. Après des décennies de recherches, elle aura marqué l’histoire de l’astronomie moderne. Outre ses travaux révolutionnaires et ses combats pour valoriser le travail des femmes en astronomie, Margaret recevra également de nombreux prix prestigieux comme la médaille d’or de la Royal Astronomical Society. Elle fut également la présidente de l’American Astronomical Society. Enfin, Margaret dirigera le centre pour l’astrophysique et les sciences spatiales ainsi que l’observatoire royal de Greenwich.