L’univers était tout simplement différent quand il était plus jeune. Récemment, des astronomes ont découvert que la physique complexe du jeune cosmos pouvait avoir conduit au développement d’étoiles supermassives, chacune contenant jusqu’à 100 000 fois la masse du soleil.
Nous n’avons actuellement aucune observation de la formation des premières étoiles dans l’univers, qui aurait eu lieu alors que notre cosmos n’avait que quelques centaines de millions d’années. Pour comprendre cette époque importante, les astronomes se tournent vers des simulations informatiques sophistiquées pour tester des modèles de la formation des premières étoiles.
Au fil des ans, les astronomes se sont débattus avec la question clé de la taille typique des premières étoiles. Certaines premières estimations prévoyaient que les premières étoiles pourraient être des centaines de fois plus massives que le soleil, tandis que des simulations ultérieures suggéraient qu’elles seraient de taille plus normale.
Récemment, une équipe de chercheurs a mis en place une nouvelle série de simulations et est parvenue à une conclusion très surprenante. Leurs simulations ont spécifiquement porté sur un phénomène connu sous le nom d’accrétion de froid. Pour construire de grandes étoiles, vous devez tirer beaucoup de matière dans un très petit volume très rapidement. Et vous devez le faire sans augmenter la température du matériau, car un matériau plus chaud empêchera de s’effondrer. Vous avez donc besoin d’une méthode pour éliminer la chaleur du matériau car il s’effondre très rapidement.
Crédit : Université de Melbourne
Des simulations antérieures avaient trouvé l’apparition de poches denses dans les premières galaxies qui se refroidissent rapidement à cause de l’émission de rayonnement, mais n’avaient pas la résolution nécessaire pour suivre leur évolution ultérieure. La nouvelle recherche va encore plus loin en examinant le comportement des poches denses froides qui se forment initialement dans l’univers primitif.
Ces simulations ultérieures ont révélé que de grands flux de matière froide et dense peuvent frapper un disque d’accrétion au centre d’amas géants de matière. Lorsque cela se produit, une onde de choc se forme. Cette onde de choc déstabilise rapidement le gaz et déclenche l’effondrement instantané de grandes poches de matière.
Ces grandes poches peuvent être des dizaines de milliers de fois plus massives que le soleil, et dans certains cas même 100 000 fois plus massives que le soleil. N’ayant rien pour arrêter leur effondrement, ils forment immédiatement des étoiles gigantesques, dites étoiles supermassives.
Les astronomes ne savent pas encore si des étoiles supermassives se sont formées dans l’univers primitif. Ils espèrent que les futures observations avec le télescope spatial James Webb révéleront des indices sur la formation des premières étoiles et galaxies et détermineront si ces monstres sont apparus dans l’univers naissant.
Les conclusions sont publiées sur le arXiv serveur de préimpression.
Plus d’information:
Masaki Kiyuna et al, Première émergence de l’accrétion froide et de la formation d’étoiles supermassives dans l’univers primitif, arXiv (2023). DOI : 10.48550/arxiv.2301.10263