La première génération d’étoiles a fondamentalement changé l’univers en fusionnant des éléments simples comme l’hydrogène et l’hélium en éléments plus complexes dans leur noyau, et en dispersant ces éléments dans l’espace après leur mort. Ces éléments font désormais partie de la Terre et des êtres vivants. Récemment, des scientifiques ont découvert une étoile de deuxième génération dans une autre galaxie, offrant des informations uniques sur les premiers processus de formation des éléments dans les galaxies au-delà de la Voie lactée.
De nouveaux indices sur les origines des éléments de l'univers ont été révélés par des étoiles du Grand Nuage de Magellan.
L'univers a été changé à jamais par la première génération d'étoiles. Dans leur noyau, l'hydrogène et l'hélium de base ont fusionné pour former un ensemble diversifié d'éléments. Lorsque ces étoiles ont connu leur fin, elles ont explosé, dispersant ces nouveaux éléments dans tout le cosmos. Le fer dans vos veines, le calcium dans vos dents et le sodium qui alimente vos pensées sont tous nés au cœur d'une étoile morte depuis longtemps.
Personne n’a réussi à trouver une seule étoile de la première génération, mais les scientifiques ont annoncé une découverte unique : une étoile de la deuxième génération qui s’est formée à l’origine dans une galaxie différente de la nôtre.
« Cette étoile offre une fenêtre unique sur le processus de formation des éléments très précoce dans les galaxies autres que la nôtre », a déclaré Anirudh Chiti, chercheur postdoctoral à l'Université de Chicago et premier auteur d'un article annonçant les résultats. « Nous avons développé une idée de ce à quoi ressemblent ces étoiles qui ont été chimiquement enrichies par les premières étoiles dans le futur. voie Lactéemais nous ne savons pas encore si certaines de ces signatures sont uniques, ou si les choses se sont produites de manière similaire dans d'autres galaxies.
L'article a été récemment publié dans Astronomie de la nature.
« Retirer des aiguilles des meules de foin »
Chiti est spécialisé dans ce que l’on appelle l’archéologie stellaire : reconstituer la façon dont les premières générations d’étoiles ont changé l’univers. « Nous voulons comprendre quelles étaient les propriétés de ces premières étoiles et quels étaient les éléments qu’elles produisaient », explique Chiti.
Mais personne n’a encore réussi à observer directement ces étoiles de première génération, si tant est qu’il en reste dans l’Univers. Chiti et ses collègues se sont donc mis à la recherche d’étoiles qui se sont formées à partir des cendres de cette première génération.
Le Grand Nuage de Magellan, une galaxie qui s'est immergée dans la nôtre il y a des milliards d'années, pourrait nous aider à comprendre comment l'univers a évolué dans d'autres régions. Ci-dessus, des images du Nuage prises en lumière infrarouge. Crédit : NASA/JPL
C'est un travail difficile, car même la deuxième génération d'étoiles est aujourd'hui incroyablement ancienne et rare. La plupart des étoiles de l'univers, y compris notre propre Soleil, sont le résultat de dizaines, voire de milliers de générations, qui accumulent à chaque fois de plus en plus d'éléments lourds. « Peut-être moins d'une étoile sur 100 000 dans la Voie lactée est une étoile de deuxième génération », a-t-il déclaré. « On pêche vraiment des aiguilles dans des bottes de foin. »
Mais cela vaut la peine d’avoir un aperçu de ce à quoi ressemblait l’univers à une époque révolue. « Dans leurs couches externes, ces étoiles préservent les éléments proches de l’endroit où elles se sont formées », explique-t-il. « Si vous pouvez trouver une étoile très ancienne et obtenir sa composition chimique, vous pouvez comprendre quelle était la composition chimique de l’univers là où cette étoile s’est formée, il y a des milliards d’années. »
Une bizarrerie intrigante
Pour cette étude, Chiti et ses collègues ont pointé leurs télescopes vers une cible inhabituelle : les étoiles qui composent le Grand Nuage de Magellan.
Le Grand Nuage de Magellan est une bande brillante d'étoiles visible à l'œil nu dans l'hémisphère sud. Nous pensons aujourd'hui qu'il s'agissait autrefois d'une galaxie distincte qui a été capturée par la gravité de la Voie lactée il y a quelques milliards d'années. Cela le rend particulièrement intéressant car ses étoiles les plus anciennes se sont formées en dehors de la Voie lactée, ce qui donne aux astronomes l'occasion de savoir si les conditions dans l'univers primitif étaient toutes les mêmes ou si elles étaient différentes dans d'autres endroits.
Les télescopes Magellan de l'observatoire de Las Campanas au Chili, que les scientifiques ont utilisés pour cartographier le profil élémentaire des étoiles anciennes. Crédit : Carnegie Institution for Science
Les scientifiques ont recherché des preuves de ces étoiles particulièrement anciennes dans le Grand Nuage de Magellan et en ont catalogué dix, d'abord avec la Agence spatiale européenne's Gaïa satellite puis avec le télescope Magellan au Chili.
L’une de ces étoiles m’a immédiatement frappée. Elle contenait beaucoup moins d’éléments lourds que toutes les autres étoiles observées jusqu’à présent dans le Grand Nuage de Magellan. Cela signifie qu’elle s’est probablement formée dans le sillage de la première génération d’étoiles, c’est-à-dire qu’elle n’avait pas encore accumulé d’éléments lourds au cours des naissances et des morts répétées d’étoiles.
En cartographiant ses éléments, les scientifiques ont été surpris de constater qu'il contenait beaucoup moins de carbone que de fer par rapport à ce que nous voyons dans les étoiles de la Voie Lactée.
« C'est très intriguant, et cela suggère que l'augmentation du carbone de la première génération, comme nous le voyons dans la Voie lactée, n'était peut-être pas universelle », a déclaré Chiti. « Nous devrons faire d'autres études, mais cela suggère qu'il existe des différences d'un endroit à l'autre. »
« Je pense que nous sommes en train de compléter le tableau de ce à quoi ressemblait le processus d’enrichissement des premiers éléments dans différents environnements », a-t-il déclaré.
Leurs découvertes corroborent également d’autres études suggérant que le Grand Nuage de Magellan a produit beaucoup moins d’étoiles au début que la Voie Lactée.
Chiti dirige actuellement un programme d'imagerie visant à cartographier une grande partie du ciel austral afin de trouver les étoiles les plus anciennes possibles. « Cette découverte suggère qu'il devrait y avoir beaucoup de ces étoiles dans le Grand Nuage de Magellan si nous regardons de près », a-t-il déclaré. « C'est vraiment passionnant d'ouvrir l'archéologie stellaire du Grand Nuage de Magellan et de pouvoir cartographier de manière aussi détaillée la manière dont les premières étoiles ont enrichi chimiquement l'univers dans différentes régions. »
