Des astronomes découvrent l’étoile la plus pure de l’univers, probablement originaire d’une autre galaxie

Une géante rouge aux origines immaculées

Une équipe d’astronomes vient de franchir une étape décisive dans l’exploration de nos origines cosmiques. Selon une étude publiée dans la revue scientifique Nature Astronomy, ces chercheurs estiment avoir repéré l’étoile la plus pure jamais observée dans l’univers à ce jour. Le gaz à l’origine de cet astre proviendrait directement d’une hypothétique étoile de « population III », la toute première génération d’étoiles ayant illuminé le cosmos.

Cette percée trouve son origine dans l’analyse minutieuse des données fournies par le Sloan Digital Sky Survey-V (SDSS-V). Sous la direction d’Alexander Ji, chercheur à l’Université de Chicago, une équipe comprenant des étudiants de premier cycle a identifié plusieurs candidates potentielles nécessitant des investigations approfondies. Le travail de ces étudiants s’est avéré crucial pour isoler des astres présentant des caractéristiques particulièrement inhabituelles.

Pour confirmer leurs soupçons, les scientifiques se sont tournés vers les télescopes Magellan. L’utilisation de spectres à haute résolution a permis d’examiner en détail une candidate spécifique nommée SDSS J0715-7334. Cet astre, identifié comme une géante rouge située au sein même de notre galaxie, s’est révélé être l’étoile la plus primitive découverte jusqu’à présent.

La quête des insaisissables étoiles de population III

L’expression « population III » désigne la toute première génération d’étoiles de l’univers. Ces objets célestes se sont formés exclusivement à partir d’hydrogène et d’hélium primordiaux, et les modèles théoriques suggèrent qu’ils ne contenaient pratiquement aucun élément métallique plus lourd. Bien que les astronomes n’aient jamais pu les observer directement, la science postule que ces astres étaient exceptionnellement massifs et dégageaient une chaleur phénoménale.

L’agence spatiale américaine apporte des précisions sur la nature de ces astres originels. « Les étoiles massives de la population III auraient pu atteindre une température de 100 000 kelvins – soit plus de 90 000 degrés de plus que le Soleil, » explique la NASA. L’agence ajoute : « Plus un objet est chaud, plus il émet de rayonnement électromagnétique (lumière), et plus l’énergie de ce rayonnement est élevée. Les étoiles de la population III auraient été beaucoup plus brillantes que le Soleil, émettant principalement des ultraviolets à haute énergie plutôt que de la lumière visible. »

L’absence d’observation directe s’explique par la distance temporelle qui nous sépare de leur création. Le document de recherche précise cette contrainte : « Les premières étoiles se sont formées à partir d’un gaz primitif, ce qui les a rendues si massives qu’aucune n’est censée avoir survécu jusqu’à aujourd’hui, » détaillent les auteurs. Ils poursuivent : « Si leurs descendantes directes étaient des étoiles de masse suffisamment faible, de telles étoiles pourraient exister aujourd’hui et seraient reconnaissables par leurs métallicités les plus faibles (l’abondance d’éléments plus lourds que l’hélium). »

Le concept de métallicité et un record pulvérisé

Dans le jargon astronomique, la notion de « métal » diffère de son usage courant. Les chercheurs qualifient de « métal » tout élément autre que l’hydrogène et l’hélium, en raison de l’abondance écrasante de ces deux éléments dans le cosmos. La « métallicité » d’une étoile devient ainsi une unité de mesure permettant d’évaluer la quantité d’éléments plus lourds que l’hélium qu’elle contient.

Alexander Ji clarifie l’origine de ces matériaux complexes. « Tous les éléments plus lourds de l’univers, que les astronomes appellent métaux, ont été produits par des processus stellaires, allant des réactions de fusion se produisant à l’intérieur des étoiles aux explosions de supernovae, en passant par les collisions entre étoiles très denses, » déclare-t-il dans un communiqué. Le chercheur souligne l’importance de la trouvaille : « Ainsi, trouver une étoile avec très peu de contenu métallique a indiqué à ce groupe d’étudiants qu’ils étaient tombés sur quelque chose de très spécial. »

Jusqu’à cette étude, l’étoile la plus pauvre en métaux, nommée J1029+1729, se situait dans le disque épais de la Voie lactée avec une métallicité totale (Z) de 1,66 × 10-6. Les nouvelles données bouleversent ce classement. « Nous constatons que J0715−7334 possède la limite supérieure de métallicité la plus basse connue, avec Z < 7,8 × 10−7, » affirment les chercheurs dans leur publication. Ils soulignent l’écart majeur : « C’est environ deux fois plus pauvre en métaux que […] la précédente détentrice du record, J1029+1729. »

Une signature chimique atypique venue d’ailleurs

L’une des caractéristiques les plus intrigantes de SDSS J0715-7334 réside dans sa composition chimique spécifique. Contrairement à d’autres étoiles identifiées comme pauvres en métaux, qui présentent souvent un taux de carbone élevé, cet astre affiche une abondance de carbone extrêmement faible, renforçant son profil unique au sein de la communauté astronomique.

La position spatiale de la géante rouge garantit également l’intégrité de ses relevés. « Les abondances chimiques détaillées des étoiles les plus pauvres en métaux peuvent être reliées aux propriétés des étoiles de la population III sans métaux grâce aux modèles de nucléosynthèse des supernovae. J0715−7334 est une sonde particulièrement propre de la population III, car son orbite lointaine dans le halo exclut complètement toute contamination de surface significative par le milieu interstellaire et sa grande enveloppe convective élimine tout effet de décantation diffusive, » détaille le rapport scientifique.

S’il ne s’agit pas d’une détection directe d’une étoile originelle, l’équipe la considère comme une étoile « presque pure », née du gaz intact d’une supernova ancienne. « Dans l’ensemble, cette étoile s’explique le mieux par une étoile progénitrice de 30 [masses solaires] et une énergie d’explosion élevée d’environ 5 × 1051 erg, » concluent les auteurs. En retraçant l’historique de son orbite cosmique, les données indiquent qu’elle trouverait son origine dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie relativement proche à l’échelle spatiale.

Le rôle de James Webb et la continuité de la recherche

La traque des origines de l’univers s’est récemment intensifiée avec le déploiement d’outils technologiques de nouvelle génération. Le document scientifique contextualise ces avancées : « Le lancement du télescope spatial James Webb a conduit à une vague de découvertes de galaxies à décalage vers le rouge élevé extrêmement pauvres en métaux. » Cependant, les chercheurs restent prudents face à l’enthousiasme généré par ces observations récentes.

Les données extragalactiques nécessitent une validation rigoureuse. « Les limites supérieures de métallicité ont été annoncées comme étant aussi basses que [Z/H] < −3. Ce sont sans aucun doute des objets passionnants, mais les contraintes de métallicité restent à un ordre de grandeur de revendications légitimes de détection d’étoiles de la population III, » avertit l’équipe de l’Université de Chicago, soulignant la complexité d’isoler des signaux aussi lointains.

Le besoin de précision technologique reste le défi majeur pour valider l’existence théorique de ces astres. « Le ratio [OIII]/Hβ le plus bas mesuré jusqu’à présent est <0,22, mais une galaxie ayant la même métallicité que J0715−7334 aurait un [OIII]/Hβ < 0,01, » expliquent les astronomes. Ils établissent le cap pour l’avenir : « Ainsi, des rapports signal sur bruit au moins dix fois meilleurs sont nécessaires pour démontrer que ces galaxies à décalage vers le rouge élevé ne sont pas des galaxies de population II composées d’étoiles comme J0715−7334. La recherche des étoiles de la population III continue. »

Selon la source : iflscience.com