Une Fenêtre sur l'Univers le Plus Ancien
Les astronomes ont découvert une exceptionnellement rare étoile de deuxième génération qui s'est formée dans le sillage de la toute première génération stellaire de l'univers - et dont la composition chimique fournit des preuves directes de la façon dont ces anciennes étoiles ont enrichi le cosmos avec les éléments lourds qui ont rendu possible toute la chimie ultérieure. Les chercheurs ont décrit cette découverte comme se situant à la limite de ce que nous pensions possible, reflétant à la fois sa rareté et la précision de la détection requise pour l'identifier.
L'étoile est extrêmement déficiente en fer - une empreinte chimique qui place sa formation dans l'époque la plus ancienne de l'univers, lorsque les éléments lourds comme le fer venaient à peine à s'accumuler. La carence en fer est le diagnostic clé : le fer est forgé principalement dans les intérieurs stellaires et distribué par les explosions de supernovae. Les étoiles qui se sont formées tôt, avant que de nombreuses telles explosions ne se produisent, contiennent très peu de fer. Les étoiles qui se sont formées à partir de matière traitée par un unique progéniteur de première génération sont presque vanishingly rare.
Les Premières Étoiles et Ce qu'Elles Ont Laissé Derrière
On pense que les premières étoiles de l'univers, connues sous le nom d'étoiles Population III, se sont formées environ 100 à 400 millions d'années après le Big Bang à partir de nuages d'hydrogène et d'hélium - les seuls éléments qui existaient à cette époque. Ces étoiles étaient probablement massives, brûlant rapidement leur combustible et se terminant par des supernovae spectaculaires qui ont dispersé des éléments nouvellement synthétisés dans le gaz environnant.
Cette matière dispersée s'est mélangée dans les nuages de gaz ultérieurs et a donné lieu à des étoiles Population II - la deuxième génération - qui ont incorporé les métaux produits par leurs prédécesseurs. Le terme métaux en astronomie désigne tout élément plus lourd que l'hélium, et même des quantités infimes de ces éléments plus lourds changent fondamentalement la physique de la formation stellaire, permettant au gaz de se refroidir plus efficacement et de former différents types de populations stellaires.
Trouver une étoile qui s'est formée à partir de gaz enrichi par une unique supernova Population III permet aux astronomes de déchiffrer le schéma de nucléosynthèse de ce progéniteur spécifique. C'est la chose la plus proche d'une mesure directe de ce que les premières étoiles de l'univers étaient.
Comment Elle a Été Découverte
La découverte a été faite par une équipe de chercheurs décrits comme des archéologues cosmiques - des astronomes qui étudient les compositions chimiques d'étoiles très anciennes pour reconstruire l'histoire de l'univers primordial. La technique, connue sous le nom d'archéométrie stellaire ou cosmologie de champ proche, utilise la spectroscopie haute résolution pour mesurer l'abondance de douzaines d'éléments dans les atmosphères stellaires.
Trouver des étoiles déficientes en fer nécessite des relevés céléestes extensifs suivis d'une spectroscopie de suivi avec de grands télescopes. La plupart des vieilles étoiles ont au moins un certain enrichissement en fer provenant de l'historique accumulé des générations stellaires, ce qui rend les étoiles véritablement pauvres en fer des découvertes aiguille dans une meule de foin. La nouvelle découverte a nécessité la recherche dans des bases de données de millions de spectres stellaires pour identifier les candidats ayant les bonnes signatures chimiques, puis leur confirmation par des observations spectroscopiques haute résolution.
Ce que Révèle la Chimie
Les abondances chimiques mesurées dans l'étoile nouvellement découverte racontent une histoire sur son progéniteur Population III. Le modèle de carbone, d'azote, d'oxygène, de magnésium et d'autres éléments légers par rapport au fer code des informations sur la masse de la première étoile, l'énergie de son explosion de supernova et le mélange des produits d'explosion avec le gaz environnant avant la formation de l'étoile de deuxième génération.
Les modèles astrophysiques des supernovae Population III prédisent des schémas d'abondance spécifiques selon la masse du progéniteur et l'énergie de l'explosion. En comparant les abondances observées à ces prédictions théoriques, les chercheurs peuvent restreindre les propriétés probables de l'étoile de première génération spécifique dont la mort a semé ce survivant particulier de deuxième génération.
Les résultats ajoutent un nouveau point de données au petit mais croissant catalogue d'étoiles dont on pense qu'elles se sont formées à partir d'événements de supernovae Population III individuels. Chaque nouvelle découverte permet des contraintes statistiques plus strictes sur la distribution des masses et l'énergétique des explosions de la première génération stellaire - des propriétés qui restent théoriquement incertaines et observationnellement rares.
Signification pour la Cosmologie
Comprendre les étoiles Population III importe au-delà de la simple curiosité historique. Les propriétés des premières étoiles ont façonné la façon dont l'univers a évolué dans ses premières époques - la rapidité de sa réionisation, la distribution des métaux à travers les premières galaxies, et comment les générations ultérieures d'étoiles et de planètes se sont formées. Ces questions relient la physique du Big Bang aux conditions qui ont finalement rendu possibles les planètes rocheuses et la chimie de la vie.
Les observatoires de prochaine génération, notamment les programmes en cours du James Webb Space Telescope et les futurs télescopes extrêmement grands, sont censés faire progresser ce domaine davantage - à la fois en trouvant plus d'anciennes étoiles pauvres en métaux dans le halo de Milky Way et en détectant potentiellement des signatures d'étoiles Population III dans les galaxies les plus lointaines jamais observées.
Cet article est basé sur des reportages de Space.com. Lire l'article original.
Originally published on space.com
