Découverte de la première génération d’étoiles

Les astrophysiciens viennent d’observer pour la première fois de manière sûre la première génération d’étoiles formées après le big-bang. Elles sont dans une galaxie nommée CR7, située au fin fond de l’univers.

Des astronomes ont découvert, au moyen du Très Grand Télescope de l’ESO, des preuves solides de l’existence de la première génération d’étoiles au sein a galaxie baptisée CR7, de loin la plus lumineuse de l’Univers jeune. Ces objets massifs, brillants, récemment encore considérés comme purement théoriques, sont à l’origine de la création des tous premiers éléments lourds qui entrent dans la composition des étoiles qui nous entourent aujourd’hui, de leurs cortèges de planètes et de la vie telle que nous la connaissons. .

Les astronomes ont longtemps supposé l’existence d’une première génération d’étoiles, baptisée issues de la matière originelle créée lors du Big Bang, Elles ont été baptisée étoiles de Population III.

L’ensemble des éléments chimiques plus lourds, tels l’oxygène, l’azote, le carbone et le fer, essentiels à la vie, ont été créés à l’intérieur des étoiles. Cela signifie que les premières étoiles ont dû se constituer à partir des seuls éléments antérieurs aux étoiles, soit l’hydrogène, l’hélium, et quelques traces de lithium.

Ces étoiles de Population III auraient été gigantesques, des centaines, voire des milliers de fois plus massives que le Soleil, explosant en supernovae après seulement deux millions d’années. Mais jusqu’à présent, aucune réelle preuve matérielle n’était venue étayer l’hypothèse de leur existence.

Une équipe menée par David Sobral de l’Institut d’Astrophysique et des Sciences Spatiales, de l’Université de Lisbonne au Portugal, et de l’Observatoire de Leiden aux Pays-Bas, a utilisé le grand télescope (VLT) de l’ESO pour sonder l’Univers jeune et remonter à l’époque de la réionisation, soit à quelque 800 millions d’années après le Big Bang.

Plutôt que d’étudier une infime portion du ciel profond, ils ont étendu leur champ d’observation et produit le sondage galactique profond le plus vaste jamais réalisé.

Cette vaste étude a été effectuée au moyen du VLT, avec l’aide de l’Observatoire W.M. Keck et du Télescope Subaru, ainsi que du Télescope Spatial Hubble du consortium NASA/ESA.

L’équipe avait découvert, et confirmé, l’existence d’un certain nombre de très jeunes galaxies étonnamment brillantes.

L’une d’elles, baptisée CR7, constitue un objet extrêmement rare, de loin la galaxie la plus lumineuse jamais observée à ce stade de l’Univers. La seule découverte de CR7 et d’autres galaxies brillantes couronnait déjà l’étude de succès. Une analyse plus approfondie est venue compléter ce flot d’excellentes nouvelles.

Les instruments X-shooter et SINFONI qui équipent le VLT ont détecté une forte émission d’hélium ionisé à l’intérieur de CR7 mais, curieusement et fort heureusement, aucun signe de la présence d’éléments plus lourds au sein d’une portion lumineuse de la galaxie.

Ainsi donc, l’équipe venait de dénicher le premier véritable indice de l’existence d’amas d’étoiles de Population III responsables de l’ionisation du gaz contenu à l’intérieur d’une galaxie de l’Univers jeune.

Davis Sobral, mentionne que:

“Cette découverte a surpassé toutes nos attentes initiales”

“Nous ne nous attendions effectivement pas à détecter une galaxie aussi brillante. Puis, après avoir analysé CR7 sous toutes les coutures, nous avons compris que non seulement nous avions trouvé la galaxie lointaine la plus lumineuse qui soit, mais également réalisé qu’elle présentait toutes les caractéristiques attendues d’une galaxie peuplée d’étoiles de Population III. Ces étoiles ont créé les tous premiers atomes lourds dont nous sommes aujourd’hui constitués. Quelle autre découverte plus excitante que celle-ci ?”

Au sein de CR7, des amas d’étoiles de couleur plus bleue, parfois plus rouge, ont été détectés, suggérant que les étoiles de Population III sont apparues par vagues successives, comme cela avait été prédit.

L’équipe a pu directement observer la toute dernière vague d’étoiles de Population III. Ainsi donc, ces étoiles seraient plus faciles à détecter qu’on ne le pensait auparavant : elles résident parmi les étoiles ordinaires, au sein de galaxies brillantes, pas seulement au cœur des premières galaxies, de tailles réduites et de luminosités plus faibles, si faibles que leur étude s’avère extrêmement compliquée.

Jorryt Matthee, second auteur de l’étude, conclut ainsi :

“Je me suis toujours interrogé sur nos origines. Enfant déjà, je cherchais à connaître la provenance de divers éléments : le calcium contenu dans mes os, le carbone dans mes muscles, le fer dans mon sang. J’ai découvert qu’ils furent pour la première fois créés au tout début de l’Univers, par la première génération d’étoiles. Cette découverte nous permet d’observer ces objets pour la toute première fois.”

Des observations complémentaires au moyen du VLT, d’ALMA et du Télescope Spatial Hubble du consortium NASA/ESA seront prochainement effectuées, afin de lever toute incertitude concernant l’appartenance des étoiles observées à la Population III, d’en chercher et d’en identifier d’autres.

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