La toute première génération d’étoiles, appelées étoiles de la population III, devrait pour la plupart être trop éloignées pour être vue directement – mais les astronomes en ont peut-être découvert pour la toute première fois.
Vue d'artiste des étoiles de Population III telles qu'elles seraient apparues 100 millions d'années après le big bang
Nous avons peut-être enfin vu la première génération d'étoiles. Les astronomes recherchent ces géants primordiaux, appelés étoiles de la population III, depuis des décennies. Ils ont maintenant trouvé ce qui pourrait être le candidat le plus prometteur à ce jour.
On s’attend à ce que les étoiles de la population III soient très différentes des étoiles modernes ou de la population I. Ils se seraient formés à partir d’hydrogène et d’hélium gazeux vierges, avant que les éléments plus lourds ne soient distribués dans tout l’univers par les supernovae et les puissants vents stellaires. On s’attend également à ce qu’elles soient plus grosses et plus chaudes que les étoiles modernes.
C’est exactement ce qu’Eli Visbal de l’Université de Toledo dans l’Ohio et ses collègues ont découvert lorsqu’ils ont effectué une analyse détaillée des observations précédentes du télescope spatial James Webb (JWST) d’une galaxie lointaine appelée LAP1-B. Il se situe à un redshift – un nombre que les astronomes utilisent pour mesurer la distance – de 6,6, ce qui signifie que nous voyons LAP1-B tel qu’il était environ 800 millions d’années après le big bang. C'est si loin que la seule raison pour laquelle nous avons pu le repérer est que sa lumière a été amplifiée par un amas de galaxies plus proche dans le cadre d'un processus appelé lentille gravitationnelle.
« Il devrait y en avoir des tonnes et des tonnes partout dans l'univers observable, mais nous ne pouvons regarder que sous le lampadaire de cet amas qui grossit la lumière », explique Visbal. Lorsque lui et son équipe ont calculé combien d’amas d’étoiles de population III nous devrions trouver à ce redshift, ils ont constaté qu’il devrait y en avoir environ un – et c’est ce qu’ils ont vu. « Notre estimation d'abondance était parfaitement en accord avec (l'équipe de recherche précédente) qui en avait trouvé une là où elle l'avait fait », dit-il.
Un autre point en faveur de LAP1-B est qu'il semble contenir suffisamment d'étoiles pour représenter quelques milliers de fois la masse du soleil. Les autres galaxies candidates pour la population III ont tendance à avoir des masses stellaires beaucoup plus élevées, ce qui ne correspond pas aux simulations de la formation des amas d'étoiles de la population III. «C'est le meilleur candidat que nous ayons jusqu'à présent», déclare Visbal.
On s’attend à ce que la plupart des étoiles de la population III aient vécu et soient mortes entre 100 et 400 millions d’années après le big bang, après quoi il y aurait eu suffisamment d’éléments lourds dans le cosmos pour former des étoiles plus semblables à celles que nous voyons aujourd’hui. « Cet objet remplit de nombreuses cases, mais je suis un peu sceptique car il est tard dans le jeu pour que ces stars soient là, et il peut y avoir des alternatives qui pourraient également faire l'affaire », déclare Ralf Klessen de l'Université de Heidelberg en Allemagne. « Ce serait très intéressant de voir un amas d'étoiles de population III, mais statistiquement, ce serait certainement une valeur aberrante. »
Cependant, il est possible que des poches d'hydrogène et d'hélium vierges survivent plus longtemps et forment plus tard des étoiles de population III, explique Visbal.
« LAP-B1 est un candidat extrêmement intéressant, mais il est encore loin d'avoir les signatures claires et sans ambiguïté que nous attendons pour une détection propre de la population III », explique Roberto Maiolino de l'Université de Cambridge. « (Pour qu'il s'agisse d'étoiles de Population III), il doit s'agir d'une combinaison extrêmement chanceuse de différents facteurs, chacun extrêmement rare en soi, et bien plus rare lorsqu'ils doivent se produire ensemble. » Il faudra des observations plus approfondies et des simulations plus détaillées pour savoir avec certitude si LAP1-B marque la première fois que nous voyons ces étranges étoiles.
Ceci est important car comprendre les étoiles de la population III est crucial pour déterminer comment et quand les premiers éléments lourds se sont formés. « Ils peuvent nous raconter comment la chimie de l'univers a évolué, depuis l'hydrogène et l'hélium jusqu'à toute la chimie cool, la vie et tout ce que nous avons dans l'univers aujourd'hui », explique Visbal. Les étoiles de la population III ont été les premiers éléments constitutifs de la complexité qui nous entoure aujourd’hui.
