Il y a un nouveau concurrent pour les premières étoiles de première génération de l'univers.
Un amas brillant observé environ 450 millions d'années après le Big Bang présente les caractéristiques chimiques des étoiles de première génération, notamment le fait qu'il ne semble contenir aucun élément plus lourd que l'hélium. Cette identification, rapportée dans trois articles soumis le 20 mars à arXiv.org, apporte des preuves de ces étoiles immaculées bien plus tôt que les candidats précédents.
Les étoiles de première génération, connues sous le nom d’étoiles de population III, auraient probablement été massives – jusqu’à 1 000 fois la masse du soleil – et très brillantes. Ces étoiles sont nées avec uniquement les éléments créés lors du Big Bang : de l’hydrogène, de l’hélium et une infime quantité de lithium. En revanche, les étoiles que nous voyons dans le ciel nocturne contiennent également des éléments plus lourds forgés et transmis par les générations d’étoiles précédentes.
Les astronomes pensent que les premières étoiles de la première génération se sont formées quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, soit il y a plus de 13,5 milliards d’années. Mais jusqu’à présent, les chercheurs n’avaient constaté l’existence de telles étoiles qu’environ 1 milliard d’années après le début de l’univers. Le nouveau rapport sur des candidats beaucoup plus anciens augmente la confiance des astronomes dans leur capacité à trouver davantage de systèmes de ce type dans l'univers primitif, explique l'astronome Seiji Fujimoto de l'Université de Toronto, qui n'a pas participé à la recherche.
L'amas, que les astronomes ont surnommé Hebe (du nom en partie de la déesse de la jeunesse dans la mythologie grecque, en partie du nom technique de l'une des longueurs d'onde de la lumière qu'il émet), a été repéré pour la première fois en 2024. À l'époque, les astronomes manquaient de preuves pour déterminer la nature de l'objet. Ainsi, en 2025, ils ont effectué des observations à plus haute résolution avec le télescope spatial James Webb.
Pour déterminer si une candidate est une étoile de première génération, les astronomes recherchent d’abord des preuves de la présence d’éléments plus lourds que l’hélium. Non seulement Hebe n’a montré aucune trace d’éléments plus lourds, mais il a également émis une lumière spécifique à l’hélium et à l’hydrogène hautement énergétiques. Cette lumière, émise par les nuages de gaz, indique que l'amas contient un ou plusieurs objets émettant un rayonnement de très haute énergie.
« C'est un cas d'école pour la première génération d'étoiles », déclare l'astronome Roberto Maiolino de l'Université de Cambridge, coauteur des études. « Il n'existe pas d'autres explications vraiment satisfaisantes pour d'autres types de sources. »
L’équipe estime qu’Hebe mesure jusqu’à 1 200 années-lumière de diamètre, avec deux amas distincts, et contient une masse comprise entre 10 000 et plusieurs centaines de milliers de soleils. Mais comme les étoiles de première génération sont massives, l’amas pourrait ne contenir que quelques centaines d’étoiles.
Hebe a également été découvert à proximité d’une galaxie, nommée GN-z11, ayant une masse de 1 milliard de soleils. Certaines simulations informatiques suggèrent que les étoiles de population III ne devraient pas être trouvées à proximité de telles galaxies, qui ont évolué chimiquement et ont donc pollué leur environnement avec des éléments lourds. Selon Fujimoto, la proximité de Hebe avec le GN-z11 « ouvre de nouvelles questions sur la façon dont de tels systèmes se forment et survivent ».
D'autres simulations suggèrent que la gravité de ces galaxies pourrait attirer des poches de gaz vierge de leur environnement, créant ainsi les conditions nécessaires à la formation d'étoiles de population III. La découverte d'Hebe, ainsi que les futures études sur les candidats de la population III, aideront les astronomes à mieux comprendre les lieux de naissance de ces étoiles immaculées, explique Maiolino.
