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Les premières étoiles de l’univers se sont formées plus tôt que prévu

Crédits : ESA / Hubble, M. Kornmesser et NASA

Des astronomes n’ont découvert aucune trace d’étoiles de Population III dans les galaxies évoluant à peine 500 millions après le Big Bang. Les « premières étoiles de l’univers » se sont donc formées encore plus tôt.

Les étoiles de Population III sont les premières à s’être formées après le Big Bang qui s’est produit il y a environ 13,8 milliards d’années. À l’époque, ces objets ne se composaient que des éléments primordiaux de l’Univers, à savoir de l’hydrogène, de l’hélium et du lithium. Des éléments plus lourds, tels que le fer, ont ensuite été forgés dans les noyaux de ces premières étoiles et de leurs descendantes.

Notez que la dénomination « Population III » est en réalité contre-intuitive. Cela vient du fait que les astronomes avaient déjà classé les étoiles de la Voie lactée en deux groupes avant de considérer ces « très vieilles » étoiles. Partez du principe que les étoiles de la « population I », comme le soleil, sont riches en éléments lourds, tandis que les étoiles « Population II » jouent les intermédiaires.

Remonter (très) loin dans le passé

À quoi ressemblaient ces toutes premières étoiles et comment ont-elles affecté le reste de l’Univers ? Pour le savoir, encore faut-il pouvoir les trouver. C’est dans cette optique qu’une équipe d’astronomes s’est récemment appuyée sur Hubble, le télescope spatial Spitzer (désormais à la retraite) et le Very Large Telescope de l’ESO (au Chili).

Mais pour remonter aussi loin dans le temps, les chercheurs ont également eu besoin d’un « coup de pouce » gravitationnel.

Une lentille gravitationnelle se produit par la présence d’un corps céleste très massif se situant entre un observateur et une source lumineuse lointaine située en arrière-plan. La présence de l’intermédiaire permet ainsi d’amplifier l’image de l’objet situé en arrière-plan.

Pour cette étude, les chercheurs ont utilisé comme « objets massifs intermédiaires » plusieurs amas de galaxies qui, grâce à un « effet de loupe », leur a permis d’étudier de petites galaxies incroyablement faibles positionnées entre 12,8 milliards et 13,3 milliards d’années-lumière de la Terre.

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L’amas de galaxies MACS J0416, l’un des six amas étudiés par l’équipe pour produire les images les plus profondes de lentilles gravitationnelles jamais réalisées. Crédits : NASA, ESA , Université de New South Wales

En analysant les compositions stellaires de toutes ces galaxies primordiales, les astronomes n’ont alors trouvé aucune preuve témoignant de la présence d’étoiles de Population III. Autrement dit, toutes les étoiles sondées présentaient au moins une petite quantité de métaux lourds.

« Ces résultats ont de profondes conséquences astrophysiques, car ils montrent que les galaxies qui les contiennent doivent s’être formées beaucoup plus tôt que nous ne le pensions« , a déclaré Rachana Bhatawdekar (ESA), co-auteure de ces travaux.

Ces premières étoiles apparaissent donc pour le moment hors de portée de nos télescopes les plus puissants. Rappelons néanmoins qu’une nouvelle génération d’instruments s’apprête à prendre le relais. On pense notamment au très attendu James Webb Telescope, dont le lancement est toujours prévu en 2021.

Le « successeur de Hubble », comme on le surnomme, sera effectivement en mesure de remonter encore plus loin dans le temps, nous donnant ainsi toutes les chances de pouvoir observer les premiers ancêtres stellaires du Soleil.

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