Des astronomes pourraient avoir repéré les restes de l’une des premières étoiles
Des astronomes ont peut-être découvert les restes chimiques des plus anciennes étoiles de l’univers.
En utilisant une technique innovante au télescope Gemini Nord à Hawaï, les chercheurs ont trouvé un ratio inhabituel d’éléments qui, selon eux, n’auraient pu provenir que de débris produits par la mort explosive d’une étoile de première génération 300 fois plus massive que notre soleil.
Image d’entête : représentation artistique d’un champ d’étoiles de Population III, la première génération d’étoiles. (NOIRLab/ NSF/ AURA/ J. da Silva/ Spaceengine)
On estime aujourd’hui que l’univers a 13,7 milliards d’années et qu’il contient environ 1 x 1024 (1 million de milliards de milliards) d’étoiles. Mais les scientifiques pensent que les toutes premières étoiles se sont probablement formées lorsque l’univers n’avait que 100 millions d’années.
Ces étoiles de première génération sont connues sous le nom d’étoiles de population III. Les astronomes pensent qu’elles ont donné le coup d’envoi à la production d’éléments chimiques plus lourds que l’hydrogène, qui sont nécessaires à la formation des planètes et, bien sûr, à la vie.
Les étoiles de population III auraient été si massives que les supernovæ qui ont marqué la fin tumultueuse de leur vie auraient ensemencé de vastes étendues d’espace en éléments lourds. Mais les preuves directes de la présence de ces mastodontes stellaires primordiaux ont échappé aux astronomes, jusqu’à présent.
Des astronomes qui pensent être tombés sur les restes d’une étoile de première génération ont publié leurs résultats dans une nouvelle étude (lien plus bas). Ils ont utilisé le télescope Gemini Nord de 8,1 mètres pour observer les nuages entourant l’un des plus lointains quasars connus et ils ont remarqué qu’il y avait plus de 10 fois plus de fer que de magnésium par rapport au rapport de ces éléments dans notre soleil. Le quasar lui-même se trouve à 13,1 milliards d’années-lumière. Ce que les scientifiques voient à travers le télescope est donc le quasar tel qu’il était seulement 700 millions d’années après le Big Bang.
Représentation d’artiste du lointain quasar étudié par l’équipe. (NOIRLab/ NSF/ AURA/ J. da Silva/ Spaceengine)
Les scientifiques pensent que l’explication la plus probable de cette composition chimique est que la matière a été laissée par une étoile de première génération qui a explosé en tant que « supernova par production de paires« . Bien qu’elles n’aient jamais été observées, ces versions d’une supernova sont censées marquer la mort d’étoiles gigantesques de 150 à 250 masses solaires.
En analysant par spectrographie les différentes longueurs d’onde de la lumière infrarouge provenant du quasar, l’équipe a pu déterminer les éléments présents dans le nuage. Mais, comme la luminosité des lignes sur un spectrographe qui correspondent à différents éléments dépend de plusieurs facteurs, déterminer la quantité de chaque élément est un peu délicat.
Représentation artistique d’une étoile de population III, 300 fois plus massive que notre Soleil, qui explose sous la forme d’une supernova par production de paires. (NOIRLab/ NSF/ AURA/ J. da Silva/ Spaceengine)
Les chercheurs se sont attaqués à ce problème en analysant l’intensité des longueurs d’onde dans le spectre pour estimer l’abondance des éléments dans le nuage autour du quasar.
Selon le premier auteur de l’étude, Yuzuru Yoshii de l’Université de Tokyo :
Il était évident pour moi que le candidat à la supernova serait une supernova par production de paires d’une étoile de population III, dans laquelle l’étoile entière explose sans laisser aucun vestige derrière elle. J’ai été ravi et quelque peu surpris de constater qu’une supernova par production de paires d’une étoile, dont la masse est environ 300 fois celle du Soleil, fournit un rapport magnésium/fer qui concorde avec la faible valeur que nous avons déduite pour le quasar.
Une précédente identification provisoire d’une étoile de première génération a été publiée en 2014 à partir de recherches analysant le halo autour de notre propre galaxie. Mais Yoshii pense que leur nouveau résultat montrant une abondance de magnésium-fer extrêmement faible est l’indication la plus claire d’une supernova par production de paires.
S’ils ont raison et qu’ils ont trouvé les vestiges de l’une des premières étoiles de l’univers, les résultats de l’équipe nous aideront à mieux comprendre comment la matière de l’univers a évolué pour devenir ce qu’elle est aujourd’hui.
Les empreintes chimiques de ces premières étoiles peuvent même être trouvées plus près de chez nous.
Pour Timothy Beers, astronome à l’université de Notre-Dame aux États-Unis et coauteur de l’étude :
Nous savons maintenant ce qu’il faut chercher, nous avons une piste. Si cela s’est produit localement dans l’Univers très ancien, ce qui aurait dû être le cas, alors nous nous attendrions à en trouver des preuves.
L’étude publiée dans l’Astrophysical Journal : Potential Signature of Population III Pair-instability Supernova Ejecta in the BLR Gas of the Most Distant Quasar at z = 7.54* et présentée sur le site du NOIRLab de la National Science Foundation : Potential First Traces of the Universe’s Earliest Stars.