Selon la théorie cosmologique la plus largement acceptée, les premières étoiles de notre univers se sont formées environ 150 à 1 milliard d'années après le Big Bang. Au fil du temps, ces étoiles ont commencé à se rassembler pour former des amas globulaires, qui se sont lentement fusionnés pour former les premières galaxies - y compris notre propre voie lactée. Depuis quelque temps, les astronomes soutiennent que ce processus a commencé pour notre galaxie il y a environ 13,51 milliards d'années.
Conformément à cette théorie, les astronomes pensaient que les étoiles les plus anciennes de l'Univers étaient des étoiles massives éphémères qui sont mortes depuis. Cependant, une équipe d’astronomes de l’Université Johns Hopking a récemment découvert une étoile de faible masse dans le «disque mince» de la Voie lactée qui a environ 13,5 milliards d’années. Cette découverte indique que certaines des premières étoiles de l'Univers pourraient être vivantes et disponibles pour étude.
Cette étoile a été découverte en tant que compagnon de 2MASS J18082002–5104378, un sous-géant qui se trouve à environ 1 950 années-lumière de la Terre (dans la constellation Ara) et a une faible teneur en métaux (métallicité). Lors de sa première observation en 2016, l'équipe de découverte a noté un comportement inhabituel qu'elle attribuait à l'existence d'un compagnon invisible - peut-être une étoile à neutrons ou un trou noir.
Pour les besoins de leur étude, récemment publiée dans The Astrophysical Journal, l'équipe John Hopkins a observé ce système stellaire entre 2016 et 2017 à l'aide des télescopes Magellan de l'observatoire de Las Campanas au Chili. Après avoir observé les spectres du système, ils ont pu discerner la présence d'une étoile secondaire extrêmement faible, qui a depuis été désignée 2MASS J18082002–5104378 B.
Combinée aux mesures de vitesse radiale de son primaire, qui ont donné des estimations de masse, l'équipe a déterminé que l'étoile est une étoile de faible masse et de métallicité extrêmement faible. Sur la base de sa faible teneur en métaux, ils ont également déterminé qu'elle avait 13,5 milliards d'années, ce qui en fait la plus ancienne étoile ultra pauvre en métaux découverte à ce jour. Cela signifie qu'en termes cosmiques, l'étoile est une seule génération retirée du Big Bang.
Comme Kevin Schlaufman - professeur adjoint de physique et d'astronomie et principal auteur de l'étude - l'a indiqué dans un communiqué de presse du JHU Hub, il s'agissait d'une découverte extrêmement inattendue. "Cette étoile est peut-être une sur 10 millions", a-t-il déclaré. "Cela nous dit quelque chose de très important sur les premières générations d'étoiles."
Alors que les astronomes ont trouvé 30 anciennes étoiles ultra pauvres en métaux dans le passé, chacune avait la masse approximative du Soleil. L'étoile Schlaufman et son équipe ont cependant trouvé seulement 14% de la masse du Soleil (ce qui en fait une naine rouge de type M). De plus, toutes les étoiles à très faible métallicité découvertes dans notre galaxie se sont avérées avoir des orbites qui les ont généralement éloignées du plan galactique.
Cependant, ce système d'étoiles nouvellement découvert orbite autour de notre galaxie sur une orbite circulaire (comme notre Soleil), qui la maintient relativement proche du plan. Cette découverte remet en question un certain nombre de conventions astronomiques et ouvre également des possibilités très intéressantes aux astronomes.
Par exemple, les astronomes ont longtemps émis l'hypothèse que les premières étoiles à se former après le Big Bang (connues sous le nom d'étoiles Population III) auraient été entièrement composées des éléments les plus fondamentaux - à savoir l'hydrogène, l'hélium et de petites quantités de lithium. Ces étoiles ont ensuite produit des éléments plus lourds dans leurs noyaux qui ont été libérés dans l'Univers lorsqu'ils ont atteint la fin de leur durée de vie et ont explosé en supernovae.
La prochaine génération d'étoiles à former était principalement composée des mêmes éléments de base, mais comprenait également des nuages de ces éléments plus lourds de la génération précédente d'étoiles dans leur composition. Ces étoiles ont créé des éléments plus lourds qu'elles ont ensuite libérés à la fin de leur durée de vie, augmentant progressivement la métallicité des étoiles dans l'Univers à chaque génération suivante.
En bref, les astronomes pensaient que jusqu'à la fin des années 90, toutes les premières étoiles (qui auraient été massives et de courte durée) ont disparu depuis longtemps. Au cours des dernières décennies, des simulations astronomiques ont été menées qui ont indiqué que des étoiles de faible masse de la première génération pouvaient encore exister. Contrairement aux étoiles géantes, les naines de faible masse (telles que les naines rouges) peuvent vivre jusqu'à des milliards d'années.
La découverte de cette nouvelle étoile ultra pauvre en métaux confirme non seulement cette possibilité, mais elle indique qu'il pourrait y avoir beaucoup plus d'étoiles dans notre galaxie qui ont de très faibles masses et une très faible métallicité - qui pourraient en fait être certaines des toutes premières étoiles de l'Univers . Comme Schlaufman l'a indiqué:
«Si notre inférence est correcte, alors les étoiles de faible masse qui ont une composition exclusivement issue du Big Bang peuvent exister. Même si nous n'avons pas encore trouvé un objet comme ça dans notre galaxie, il peut exister. »
Si cela est vrai, cela pourrait permettre aux astronomes d'étudier à quoi ressemblaient les conditions peu de temps après le Big Bang et avant la fin du «Dark Ages». Cette période, qui a duré jusqu'à environ un milliard d'années après le Big Bang, est également celle où les premières étoiles et galaxies ont commencé à se former, mais est toujours inaccessible à nos télescopes les plus puissants. Mais avec les étoiles survivant de cette période très précoce de l'évolution cosmique, les astronomes peuvent enfin avoir une fenêtre sur cette époque mystérieuse.
Assurez-vous de profiter de cette vidéo qui illustre l'orbite de 2MASS J18082002–5104378 B autour de la Voie lactée, gracieuseté de JHU:
