Du côté des étoiles La vie des planètes et la découverte du cosmos en dialogue avec Marie-Odile Monchicourt

Serge Brunier Écrire un mail Reporter-photographe et écrivain d’ouvrages scientifiques, il est spécialisé dans l’astronomie et la conquête spatiale

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La galaxie naine Fornax - ESO

Où se trouve la première de toutes les étoiles ?

Serge Brunier - 27 février 2010

Les plus vieilles étoiles de l’Univers, celles qui sont nées juste après le big bang, sont perdues parmi une innombrable population d’étoiles bien plus jeunes, telles que le Soleil. Comment repérer nos ancêtres stellaires dans cette multitude ?

Après avoir réussi à se cacher pendant des années, les étoiles primitives situées en dehors de notre Galaxie, la Voie Lactée, ont finalement été démasquées. De nouvelles observations, réalisées avec le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO (Observatoire européen austral), ont été utilisées pour résoudre un important puzzle astrophysique concernant les plus vieilles étoiles de notre environnement galactique – des informations cruciales pour notre compréhension des premières étoiles de l’Univers. « En fait, nous avons trouvé un défaut dans les méthodes « médico-légales » utilisées jusqu’à maintenant, » déclare Else Starkenburg, premier auteur de l’article présentant cette étude. « Notre méthode perfectionnée nous permet de découvrir les étoiles primitives cachées parmi toutes les autres étoiles plus communes. » On pense que les étoiles primitives ont été formées à partir de la matière qui s’est constituée très peu de temps après le Big Bang, il y a 13,7 milliards d’années. Leur quantité d’éléments chimiques plus lourds que l’hydrogène et l’hélium est généralement inférieure à un millième de ce que l’on trouve dans le Soleil et on les appelle des étoiles « extrêmement pauvres en métaux ». Elles appartiennent à l’une des premières générations d’étoiles de notre Univers proche. De telles étoiles sont extrêmement rares et sont principalement observées dans la Voie Lactée. Les cosmologistes pensent que les plus grandes galaxies comme la Voie Lactée se sont formées par la fusion de plus petites galaxies. La population d’étoiles pauvres en métaux ou étoiles « primitives » de notre Voie Lactée devrait déjà avoir été présente dans les galaxies naines à partir desquelles elle s’est formée et des populations similaires devraient exister dans d’autres galaxies naines. J“usqu’à présent les preuves de leur présence ont été rares,” précise Giuseppina Battaglia, une des coauteurs de l’article. “ Les grands sondages menés ces dernières années ont continué de montrer que les plus anciennes populations d’étoiles de la Voie Lactée et des galaxies naines ne correspondaient pas, ce qui n’était pas du tout prévu par les modèles cosmologiques. ”

Les quantités d’éléments sont mesurées à partir des spectres qui fournissent les « empreintes digitales » chimiques des étoiles. L’équipe “Dwarf galaxies Abundances and Radial-velocities » a utilisé l’instrument FLAMES sur le VLT de l’ESO pour mesurer les spectres de plus de 2000 étoiles géantes individuelles situées dans quatre galaxies naines de notre environnement galactique : les galaxies du Fourneau, du Sculpteur, du Sextant et de la Carène. Etant donné que les galaxies naines sont généralement distantes de 300 000 années-lumière de la Terre – ce qui est environ trois fois la taille de la Voie Lactée – seules les principales caractéristiques ont pu être mesurées dans le spectre, comme sur une empreinte digitale vague et maculée. Cette équipe a trouvé qu’aucune empreinte digitale spectrale de leur grande collection ne semblait réellement appartenir à la classe d’étoiles qu’ils recherchaient – les rares étoiles « extrêmement pauvre en métaux” que l’on trouve dans la Voie Lactée.

Cette équipe d’astronomes pilotée par Else Starkenburg a maintenant éclairé d’un nouveau jour le problème grâce à de méticuleuses comparaisons de spectres avec des modèles simulés par ordinateur. Ils ont découvert que l’empreinte digitale chimique d’une étoile pauvre en métaux normale ne se distingue de celle d’une étoile « extrêmement pauvre en métaux » que par une très faible différence, expliquant ainsi pourquoi les méthodes précédentes n’avaient pas réussi à les identifier. Ils ont aussi confirmé le « nouveau » statut de plusieurs étoiles « extrêmement pauvres en métaux » grâce à des spectres beaucoup plus détaillés obtenus avec l’instrument UVES sur le VLT de l’ESO. « Par comparaison avec la vague empreinte digitale que nous avions avant, c’est comme si nous avions regardé l’empreinte digitale avec un microscope, » explique Vanessa Hill, une des membres de l’équipe. « Malheureusement, seul un petit nombre d’étoiles a pu être observé, car cela nécessite beaucoup de temps. »

“Parmi les nouvelles étoiles "extrêmement pauvres en métaux" découvertes dans ces galaxies naines, trois ont une quantité relative d’éléments chimiques lourds comprise entre 1/3000 et 1/10 000 de ce que l’on observe dans notre Soleil et l’une d’entre elles détient pour le moment le record de l’étoile la plus ancienne découverte en dehors de la Voie Lactée, ” déclare Martin Tafelmeyer, un des membres de l’équipe. “Notre travail n’a pas seulement permis de révéler quelques unes des très intéressantes premières étoiles de ces galaxies, il a également permis de mettre au point une nouvelle méthode, très efficace pour découvrir plus d’étoiles de ce type,” conclut Starkenburg. “ A partir de maintenant, il ne reste plus d’endroit où se cacher dans ces galaxies” !