Le télescope spatial James Webb a capté la lumière d'une étoile massive qui a explosé environ un milliard d'années après la naissance de l'univers.
Image du télescope spatial James Webb de l'amas de galaxies contenant la supernova SN Eos
Les astronomes ont capturé une étoile massive en train d’exploser quelques instants seulement après que l’univers soit sorti de l’âge des ténèbres cosmiques, mettant ainsi en lumière la naissance et la mort des premières étoiles.
Lorsque les étoiles manquent de carburant et explosent, elles produisent un éclat de lumière puissante appelé supernova. Les supernovae peuvent sembler extrêmement brillantes dans notre univers local, mais la lumière d’une étoile qui explose dans l’univers primitif peut mettre des milliards d’années pour atteindre la Terre, après quoi elle s’est atténuée et est devenue trop faible pour être vue.
Pour cette raison, les astronomes ne peuvent généralement voir des supernovae très lointaines que dans des cas particuliers, comme pour les supernovae de type Ic, qui sont des noyaux stellaires qui ont perdu leur gaz externe et produisent une explosion de rayons gamma exceptionnellement brillante. Mais les supernovae de type II les plus typiques, qui sont les explosions stellaires les plus courantes que nous observons dans notre galaxie et se produisent lorsqu'une étoile massive manque de carburant, sont normalement trop faibles pour être vues.
Aujourd'hui, David Coulter de l'Université Johns Hopkins de Baltimore, dans le Maryland, et ses collègues ont repéré une supernova de type II appelée SN Eos datant de l'époque où l'univers n'avait qu'un milliard d'années, à l'aide du télescope spatial James Webb.
L’explosion stellaire a heureusement été placée derrière un amas massif de galaxies, dont la puissante gravité a amplifié sa lumière et l’a rendue des dizaines de fois plus brillante qu’elle ne le paraîtrait normalement, et donc plus facile à étudier en détail.
Les chercheurs ont analysé le spectre de la lumière provenant de SN Eos, ce qui en fait la première supernova confirmée par spectroscopie. Les résultats montrent clairement qu’il s’agit d’une supernova de type II, ce qui signifie qu’elle doit provenir d’une étoile massive.
Cela montre également que l’étoile qui l’a produit contenait de très faibles quantités d’éléments autres que l’hydrogène ou l’hélium – moins de 10 % des quantités présentes dans notre Soleil. C’est à cela que les astronomes pensent que l’univers primitif ressemblait, car plusieurs générations d’étoiles n’avaient pas eu beaucoup de temps pour se former, mourir et produire des éléments plus lourds.
« Cela nous indique immédiatement dans quel type de population stellaire (l'étoile) a explosé », explique Or Graur de l'Université de Portsmouth, au Royaume-Uni. « Les étoiles de grande masse explosent très, très rapidement après leur naissance. En termes cosmologiques, environ un million d'années, ce n'est rien. Elles vous parlent donc de la formation d'étoiles en cours dans cette galaxie. »
Lorsque nous voyons de la lumière à ces distances, elle provient généralement de petites galaxies, où vous pouvez déduire les propriétés moyennes des étoiles qui pourraient se trouver dans ces galaxies. Mais étudier des étoiles individuelles à de telles distances n'est généralement pas possible, explique Matt Nicholl de l'Université Queen's de Belfast, au Royaume-Uni.
« Nous pouvons voir cette étoile individuelle, avec de belles données, à une (distance) où nous n'avons jamais vu de supernova isolée, et les données sont suffisamment bonnes pour voir que les étoiles sont différentes de la plupart des étoiles de l'univers local », dit-il.
Cela se serait produit quelques centaines de millions d'années seulement après une période de l'histoire de l'univers connue sous le nom d'époque de réionisation, explique Graur. C’est à ce moment-là que la lumière des premières étoiles a commencé à dépouiller les électrons de l’hydrogène neutre, qui bloque la plupart des formes de rayonnement, et à le transformer en hydrogène ionisé, qui est transparent. Avant cela, l’univers était opaque, donc SN Eos est en fait une supernova aussi lointaine que nous pourrions espérer voir.
« C'est très, très proche de cette période de réionisation où l'univers est sorti de sa période courte et sombre et où les photons ont pu à nouveau circuler librement et nous avons pu voir des choses », explique Graur.
