Dans une ancienne galaxie naine située à la périphérie de la Voie lactée, les astronomes ont découvert l’une des étoiles chimiquement les plus primitives jamais observées. Nommée PicII-503, l'extrême absence d'éléments lourds de l'étoile indique qu'elle appartient à la deuxième génération d'étoiles, préservant les traces chimiques des toutes premières étoiles du cosmos.
Décrit le 16 mars dans Astronomie naturellePicII-503 est la première étoile sans ambiguïté de deuxième génération trouvée dans une galaxie naine ultrafaible, offrant un aperçu de la façon dont ces étoiles se sont formées lors de l'enrichissement chimique initial de l'univers.
« C'est une découverte fantastique », déclare Anna Frebel, astrophysicienne au MIT, qui n'a pas participé à l'étude. « Je sais à quel point il est difficile de trouver ces étoiles. Elles sont tellement rares. »
Les astronomes ont découvert environ 10 étoiles aussi primitives que PicII-503 dans le halo de la Voie lactée, une sphère diffuse d'étoiles entourant le disque de la galaxie. Les chercheurs pensent que ces étoiles ont été capturées lorsque notre galaxie a absorbé d’autres galaxies plus petites. « Trouver une étoile équivalente dans une galaxie naine – et celle-ci est particulièrement ancienne – est vraiment très excitant car cela valide pleinement cette idée », déclare Frebel.
PicII-503 a été découvert en 2024 dans les données du télescope Víctor M. Blanco au Chili. Les observations de suivi de l'année suivante ont détecté des abondances extrêmement faibles de fer et de calcium et un niveau relativement élevé de carbone, confirmant que l'étoile est une relique de l'univers primitif.
« Nous avons immédiatement su qu'il se passait quelque chose de vraiment excitant », explique l'astronome Ani Chiti de l'Université de Stanford.
Les étoiles de première génération étaient presque entièrement constituées d’hydrogène et d’hélium. En fusionnant ces éléments en atomes plus lourds avant d’exploser en supernovae, ils ont imprégné l’univers primitif de nouveaux éléments. Ces premières étoiles n’ont probablement survécu que quelques millions d’années, mais l’ajout d’oligo-éléments tels que le fer, le carbone et l’oxygène aux nuages de gaz cosmique a provoqué le refroidissement de ces nuages et leur fracture en petits amas, conduisant à la formation d’étoiles plus petites, plus froides et plus durables. Certaines étoiles de deuxième génération, comme PicII-503, ont survécu plus de 12 milliards d'années jusqu'à nos jours.
La pénurie de fer et de calcium dans PicII-503 est si extrême que l'étoile s'est probablement formée à partir de matériaux produits dans une seule supernova, ce qui la place au début de la deuxième génération d'étoiles. Et comme ses compagnons du halo de la Voie lactée, il présente un relatif excès de carbone. Cette signature chimique conforte les théories selon lesquelles les premières supernovas avaient une énergie relativement faible, éjectant des couches externes d'éléments plus légers tels que le carbone tandis que des éléments plus lourds tels que le fer et le calcium s'effondraient dans le noyau des étoiles.
La présence de PicII-503 dans une galaxie naine ultrafaible soutient également cette idée. « Vous avez dû avoir une supernova qui n'était pas si énergétique, car sinon cela aurait fait exploser le [precursor to Pictor II] à part », dit Frebel.
Alors que des télescopes tels que le télescope spatial James Webb examinent l'univers primitif à la recherche de signes d'étoiles de première génération, ils ne peuvent pas les détecter directement, ni les premières petites galaxies. « Nous pensons que ces galaxies naines ultra-faibles sont en quelque sorte analogues à certaines des premières galaxies formées dans l'univers », explique Chiti.
Les astronomes s’attendent à découvrir davantage de petites galaxies anciennes contenant des étoiles de deuxième génération grâce à de nouveaux télescopes tels que l’observatoire Vera C. Rubin. En démêlant la chimie de ces artefacts cosmiques, les scientifiques peuvent dresser un tableau plus clair des premiers enrichissements chimiques de l’univers – une phase clé de l’histoire cosmique qui a conduit à la création de tout ce qui existe aujourd’hui.
