Le télescope James Webb a observé la signature chimique de grains de poussières riches en carbone dans l’Univers primordial : c’est la première fois que cet élément, crucial pour le développement de la vie telle que nous la connaissons, est détecté dans le premier milliard d’années après le Big Bang, dans la période appelée « Cosmic Dawn ».
Une équipe internationale de chercheurs a utilisé le télescope spatial James Webb (JWST) pour observer les confins du cosmos et a eu une surprise : ils ont détecté quantités importantes de poussière de carbone moins de 1 000 millions d’années après le Big Bang, c’est-à-dire lorsque l’Univers avait moins de 10 % de son âge actuel.
Jusqu’à aujourd’hui, on pensait que cela était impossible : les théories actuelles indiquent que le cosmos primitif était chimiquement très basique, largement dominé par hydrogène et hélium. En effet, les éléments les plus lourds se forment après le développement et la mort des étoiles massives, un processus qui prend beaucoup de temps.
Comment le carbone s’est-il formé si rapidement ?
Dans leur noyau, les étoiles emprisonnent les atomes et les fusionnent pour former des éléments plus lourds, dans un processus appelé nucléosynthèse stellaire. Ces éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, comme le carbone, s’accumulent dans les étoiles jusqu’à ce qu’elles manquent de matériau de fusion et s’effondrent, crachant le contenu dans l’espace environnant. Cela nécessite un temps qui ne coïncide pas avec le cycle de vie des premières étoiles..
Cependant, les observations de l’équipe dirigée par Joris Witstok de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni montrent quelque chose de différent. Après avoir profité du JWST pour étudier les poussières qui flottaient pendant la Aube cosmique dans l’Univers primordial, ils ont détecté de la poussière riche en carbone dans des galaxies extrêmement précoces, seulement 800 millions d’années après le Big Bang.
Selon un article publié dans Science Alert, le problème est que ces grains de poussière riches en carbone mettent des centaines de millions d’années à se former, comme nous l’avons expliqué précédemment, et les caractéristiques des galaxies primitives suggèrent qu’elles sont trop jeunes pour que la formation de ce type d’éléments ait lieu. Comment alors expliquer sa détection ?
étoiles supermassives à vie courte
Tout indique que la découverte de grandes quantités de carbone dans plusieurs galaxies au début du cosmos pourrait être la preuve que ces processus de nucléosynthèse stellaire se produisaient non seulement à cette époque, mais aussi ils étaient plus fréquents dans l’Univers primitif que dans la période que traverse actuellement le cosmos.
Dans le même temps, les scientifiques ont noté dans une étude publiée dans la revue Nature, la découverte suggère également que les étoiles énormes et extrêmement massives étaient courantes et ne faisaient pas exception parmi les première génération stellaireexpliquant pourquoi nous ne les détectons pas actuellement.
Cette caractéristique est également cruciale pour comprendre la découverte du carbone dans le cosmos primitif, car les étoiles les plus massives brûlent plus rapidement leurs réserves de carburant et auraient été actives moins longtemps, explosant rapidement sous la forme de supernovae qui ont distribué des éléments plus lourds dans tout l’Univers beaucoup plus tôt qu’on ne le pensait.
étoiles Wolf-Rayet?
En outre, les grains de poussières riches en carbone identifiés ont une composition chimique proche du diamant. « Cela pourrait potentiellement être produit sur de courtes échelles de temps par des matériaux éjectés d’une supernova », a déclaré Witstok dans un communiqué de presse. Le scientifique a précisé que le processus pourrait également être possible dans le cas d’un type particulier d’étoile, appelée Wolf-Rayet.
L’énorme et chaud Étoiles Wolf-Rayet ils vivent vite et meurent jeunes, laissant suffisamment de temps à la naissance et à l’effondrement de générations d’étoiles pour distribuer des grains riches en carbone dans la poussière cosmique environnante, en moins d’un milliard d’années. Même les modèles développés précédemment suggèrent qu’ils pourraient former nanodiamants dans la matière éjectée par les supernovae et les étoiles Wolf-Rayet.
Cependant, c’est toujours un grand défi pour les scientifiques d’expliquer pleinement ces résultats et de les placer dans le cadre de la compréhension actuelle de la formation précoce de poussière cosmique riche en éléments plus lourds. Les chercheurs pensent que les doutes peuvent être résolus avec le développement de modèles améliorés et d’observations futures.
Référence
Grains de poussière carbonés observés au cours du premier milliard d’années du temps cosmique. Joris Witstock et al. Nature (2023). DOI : https://doi.org/10.1038/s41586-023-06413-w