Le télescope spatial James Webb a aidé les astronomes à détecter les premiers signes chimiques d’étoiles supermassives, des « monstres célestes » flamboyants de l’éclat de millions de soleils dans l’univers primitif.
Jusqu’à présent, les plus grandes étoiles observées n’importe où ont une masse d’environ 300 fois celle de notre Soleil.
Mais l’étoile supermassive décrite dans une nouvelle étude a une masse estimée de 5 000 à 10 000 Soleils.
L’équipe de chercheurs européens à l’origine de l’étude avait précédemment théorisé l’existence d’étoiles supermassives en 2018 pour tenter d’expliquer l’un des grands mystères de l’astronomie.
Pendant des décennies, les astronomes ont été déconcertés par l’énorme diversité dans la composition des différentes étoiles regroupées dans ce qu’on appelle des amas globulaires.
Les amas, pour la plupart très anciens, peuvent contenir des millions d’étoiles dans un espace relativement réduit.
Les progrès de l’astronomie ont révélé un nombre croissant d’amas globulaires, considérés comme un chaînon manquant entre les premières étoiles et les premières galaxies de l’univers.
Notre galaxie, la Voie lactée, qui compte plus de 100 milliards d’étoiles, compte environ 180 amas globulaires.
Mais la question demeure : pourquoi les étoiles de ces amas ont-elles une telle variété d’éléments chimiques, bien qu’ils soient vraisemblablement tous nés à peu près au même moment, à partir du même nuage de gaz ?
‘Seed Star’ déchaînée
De nombreuses étoiles ont des éléments qui nécessiteraient des quantités colossales de chaleur pour être produits, comme l’aluminium qui aurait besoin d’une température pouvant atteindre 70 millions de degrés Celsius.
C’est bien au-dessus de la température à laquelle on pense que les étoiles atteignent leur cœur, autour de 15 à 20 millions de degrés Celsius, ce qui est similaire au Soleil.
Les chercheurs ont donc proposé une solution possible : une étoile supermassive déchaînée projetant une « pollution » chimique.
Ils théorisent que ces énormes étoiles sont nées de collisions successives dans les amas globulaires serrés.
Corinne Charbonnel, astrophysicienne à l’Université de Genève et auteur principal de l’étude, a déclaré à l’ qu' »une sorte d’étoile germe engloutirait de plus en plus d’étoiles ».
Il finirait par devenir « comme un énorme réacteur nucléaire, se nourrissant continuellement de matière, qui en éjectera beaucoup », a-t-elle ajouté.
Cette « pollution » rejetée nourrira à son tour les jeunes étoiles en formation, leur donnant une plus grande variété de produits chimiques à mesure qu’elles se rapprochent de l’étoile supermassive, a-t-elle ajouté.
Mais l’équipe avait encore besoin d’observations pour étayer sa théorie.
« Comme trouver un os »
Ils les ont trouvés dans la galaxie GN-z11, située à plus de 13 milliards d’années-lumière. La lumière que nous en voyons provient de 440 millions d’années seulement après le Big Bang.
Elle a été découverte par le télescope spatial Hubble en 2015 et détenait jusqu’à récemment le record de la plus ancienne galaxie observée.
Cela en a fait une cible précoce évidente pour le successeur de Hubble en tant que télescope spatial le plus puissant, le James Webb, qui a commencé à publier ses premières observations l’année dernière.
Webb a proposé deux nouveaux indices : l’incroyable densité d’étoiles dans les amas globulaires et, surtout, la présence de beaucoup d’azote.
Il faut des températures vraiment extrêmes pour fabriquer de l’azote, qui, selon les chercheurs, ne peut être produit que par une étoile supermassive.
« Grâce aux données recueillies par le télescope spatial James Webb, nous pensons avoir trouvé un premier indice de la présence de ces étoiles extraordinaires », a déclaré Charbonnel dans un communiqué, qui a également qualifié les étoiles de « monstres célestes ».
Si la théorie de l’équipe était auparavant « une sorte d’empreinte de notre étoile supermassive, c’est un peu comme trouver un os », a déclaré Charbonnel.
« Nous spéculons sur la tête de la bête derrière tout cela », a-t-elle ajouté.
Mais il y a peu d’espoir d’observer jamais directement cette bête.
Les scientifiques estiment que l’espérance de vie des étoiles supermassives n’est que d’environ deux millions d’années, un clin d’œil à l’échelle des temps cosmiques.
Cependant, ils soupçonnent que les amas globulaires existaient jusqu’à il y a environ deux milliards d’années, et ils pourraient encore révéler plus de traces des étoiles supermassives qu’ils auraient pu héberger autrefois.
L’étude a été publiée dans la revue Astronomie et astrophysique ce mois-ci.
Plus d’information:
C. Charbonnel et al, N-enhancement in GN-z11: Première preuve de la nucléosynthèse d’étoiles supermassives dans des conditions de type amas proto-globulaires à décalage vers le rouge élevé?, Astronomie & Astrophysique (2023). DOI : 10.1051/0004-6361/202346410
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