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Notre galaxie est beaucoup plus ancienne que prévu

Crédits : ESA/ATG medialab/ESO/S. Brunier

En déduisant l’âge d’environ 250 000 étoiles de la galaxie au moyen de deux puissants télescopes, une équipe d’astronomes a déterminé que ces objets s’étaient formés il y a environ treize milliards d’années, soit deux milliards d’années plus tôt que prévu.

Notre galaxie se compose de différentes parties. Près du centre se trouve un énorme renflement d’étoiles. Ondulant de chaque côté de ce renflement se trouve le disque de la galaxie, composé de deux sections principales. Nous avons d’un côté le disque « mince » qui contient la plupart des étoiles que nous pouvons voir depuis la Terre. Le « disque épais » fait quant à lui environ deux fois la hauteur du disque mince. En revanche, il a un rayon beaucoup plus petit et ne contient qu’une petite fraction des étoiles que nous pouvons voir dans le ciel. Enfin, le halo vient englober l’ensemble.

Dans le cadre d’une nouvelle étude, des chercheurs ont essayé de dater notre galaxie avec plus de précision.

La phase « sous-géante »

Ils ont analysé plus de 250 000 étoiles qui avaient atteint la fin de leur durée de vie dans la séquence principale. Ces objets avaient donc épuisé leur hydrogène. En temps normal, la fusion nucléaire, qui permet aux étoiles de briller, ne doit alors plus s’opérer. Ici, les chercheurs ont réussi à analyser ces étoiles en fin de vie durant la phase « sous-géante » au cours de laquelle la fusion nucléaire se produit toujours, mais seulement dans une couche mince entre le noyau et les couches externes de l’étoile.

Étant donné que cette phase est très brève, elle constitue un excellent moyen pour les chercheurs de déterminer l’âge de l’étoile qui la subit. Cela peut être déduit par la proportion d’éléments lourds qui constituent lesdites étoiles. On parle alors de métallicité.

Rappelons en effet que l’Univers primitif ne proposait que de l’hydrogène et de l’hélium. Chaque génération d’étoiles a ensuite forgé des métaux lourds qui ont ensuite été disséminés dans le cosmos, intégrant la formation d’autres étoiles, etc. Autrement dit, plus la métallicité d’une étoile est faible (faible proportion d’éléments lourds), plus elle est âgée.

Lorsque ces mesures de métallicité sont combinées aux mesures de luminosité, les astronomes peuvent alors déduire l’âge d’une étoile.

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L’anatomie de la Voie lactée, avec un grand renflement au milieu et deux disques d’étoiles (le disque épais et le disque mince) de chaque côté. Crédits : Stefan Payne-Wardenaar / MPIA

Un embryon galactique 800 millions d’années après le Big Bang

Pour ces travaux, les chercheurs se sont appuyés sur l’observatoire Gaia, de l’Agence spatiale européenne (ESA), et sur le Large Sky Area Multi-Object Télescope spectroscopique à fibre (LAMOST), situé en Chine. Ces deux instruments très puissants ont permis de réduire les marges d’erreurs des calculs d’environ 40 % auparavant à seulement quelques pour cent.

Les âges stellaires calculés par l’équipe ont montré que la formation de notre galaxie s’était déroulée en deux phases distinctes. La première a vu la formation d’étoiles dans le disque épais à peine 800 millions d’années après le Big Bang, soit environ deux milliards d’années plus tôt que prévu.

Au cours de cette première phase, les parties internes du halo galactique ont également peut-être également commencé à se former, mais ce processus a ensuite été fortement accéléré par une collision avec une galaxie naine (Gaia-Sausage-Encelade) deux milliards d’années plus tard. Cet événement a rempli le halo d’étoiles en déclenchant une intense explosion de formation stellaire. La seconde phase a ensuite vu la formation d’étoiles, dont le Soleil, dans le disque mince. La métallicité de ces objets aurait alors augmenté jusqu’à dix fois jusqu’à environ six milliards d’années après le Big Bang.

Le point à retenir ici est donc que certaines étoiles se sont bien formées dans le disque épais avant d’intégrer le halo, considéré jusqu’à présent comme la partie la plus ancienne de la galaxie.