Des astronomes trouvent la preuve la plus solide à ce jour des toutes premières étoiles de l’Univers

Le télescope spatial James Webb bouscule les certitudes

Pendant des décennies, les astronomes ont dû se contenter de modèles théoriques pour étudier les toutes premières étoiles de l’univers. Ces astres primordiaux restaient invisibles, relégués à l’état d’hypothèses dans les profondeurs insondables du cosmos.

La situation vient de connaître un tournant majeur. Les récentes observations menées grâce au télescope spatial James Webb (JWST) ont révélé ce qui pourrait bien être la preuve la plus convaincante à ce jour de l’existence de ces astres anciens.

Les données montrent en effet un groupe de ces étoiles, connues sous le nom d’étoiles de « Population III ». Elles apparaissent regroupées autour d’un petit objet compagnon dont la formation remonte à seulement 400 millions d’années après le Big Bang.

Deux études internationales ouvrent une nouvelle fenêtre sur le cosmos

Cette percée scientifique a fait l’objet de deux études complémentaires. Les résultats détaillés ont été publiés sous forme de prépublications sur le serveur spécialisé arXiv.

La première équipe de recherche a été dirigée par Roberto Maiolino, à l’Université de Cambridge. La seconde étude a été menée indépendamment par Elka Rusta, chercheuse à l’Université de Florence.

Quelles conséquences tirer de telles observations ? Si ces découvertes sont définitivement confirmées, elles fourniront une fenêtre d’observation directe sur les conditions qui régnaient dans l’univers primitif. Ce regard inédit vers le passé aiderait grandement à expliquer comment les toutes premières générations d’étoiles ont façonné l’intégralité de ce qui a suivi.

La nature extrême des astres de la « Population III »

La première génération stellaire ne ressemblait en rien aux corps célestes qui illuminent notre ciel nocturne actuel. Les étoiles de la « Population III » se sont formées à partir de nuages composés presque exclusivement d’hydrogène pur et d’hélium.

À cette époque reculée, les éléments plus lourds comme le carbone, l’oxygène et le fer n’existaient tout simplement pas encore, car ils n’avaient pas encore été forgés dans les intérieurs stellaires. Les astronomes estiment que ces premières étoiles étaient extrêmement massives et chaudes.

Elles brûlaient leur carburant à une vitesse fulgurante, s’éteignant en quelques millions d’années seulement. Cela représente une infime parenthèse à l’échelle des temps cosmologiques. Après cette vie brève, elles explosaient lors de colossales supernovas, ensemençant ainsi la génération suivante d’étoiles avec des éléments plus lourds.

Un signal lumineux capté près de la galaxie GN-z11

L’histoire s’accélère au cours de l’année 2024, lorsque Roberto Maiolino et ses collègues repèrent un signal inhabituel dans le halo de GN-z11. Cette dernière est réputée pour être l’une des galaxies les plus brillantes connues dans l’univers primitif.

Les chercheurs ont exploité le NIRSpec-IFU, un instrument de spectroscopie dans le proche infrarouge embarqué à bord du JWST. Ils ont ainsi pu détecter une faible ligne d’émission provenant d’un petit objet compagnon baptisé Hebe, situé à une distance de seulement trois kiloparsecs de la galaxie hôte.

Cette ligne correspondait à la signature de l’hélium doublement ionisé, un phénomène qui nécessite une radiation extraordinairement énergétique. L’absence de métaux détectables dans le spectre a poussé l’équipe à suggérer que les étoiles de la « Population III » constituaient la source la plus plausible, bien que d’aussi anciennes étoiles n’aient jamais été observées directement. En s’appuyant sur les capacités de plus haute résolution du NIRSpec-IFU, l’équipe de Maiolino a désormais confirmé que ce signal d’hélium était bien réel, le décomposant en deux composantes distinctes pour un examen plus approfondi.

Des modèles théoriques pour peser les géantes du passé

L’équipe d’Elka Rusta a mené sa propre analyse et a détecté indépendamment une ligne d’émission d’hydrogène provenant exactement du même endroit. Cette trouvaille a fourni un deuxième point d’ancrage pour valider l’identification. Fait marquant, aucune des deux études n’a trouvé la moindre preuve de la présence d’éléments plus lourds dans ces émissions.

En s’appuyant sur des modèles théoriques, l’équipe de Rusta a utilisé le rapport observé entre l’hélium et l’hydrogène sur Hebe pour contraindre la masse probable de ces premières étoiles. Leur analyse privilégie une distribution de masse fortement concentrée vers le haut, plaçant la plupart de ces astres entre 10 et 100 fois la masse du soleil.

Ces calculs sont cohérents avec les prédictions selon lesquelles les premières étoiles étaient chaudes et massives, se formant dans un univers non encore enrichi par des éléments plus lourds. Bien que de nombreuses autres observations seront nécessaires avant que les astronomes puissent obtenir des informations plus approfondies sur la vie de ces astres antiques, ces résultats indépendants offrent certaines des preuves les plus claires à ce jour qu’ils ont bel et bien existé. En capitalisant sur ces données, la communauté scientifique pourrait très bientôt en apprendre davantage sur les origines des structures qui façonnent notre univers aujourd’hui.

Selon la source : phys.org