De nouvelles simulations suggèrent que les premières supernovas ont enrichi l’Univers primitif d’énormes quantités d’eau. Les nuages moléculaires résultant des explosions auraient contenu 10 à 30 fois plus d’eau que ceux observés aujourd’hui dans la Voie lactée. Les chercheurs suggèrent qu’il y avait suffisamment d’eau et d’autres éléments dans ces nuages pour rendre la vie possible 100 millions d’années seulement après le Big Bang.
L’eau constitue l’un des composés les plus abondants de l’Univers. Mis à part la Terre, on la trouve par exemple sur et en dessous de la surface de Mars, autour et à la surface des lunes majeures des géantes gazeuses, dans les coquilles de glace des comètes, sur la Lune, etc. De nombreuses exoplanètes dispersées dans notre galaxie abritent aussi de l’eau, ainsi que les nuages moléculaires interstellaires.
Il est généralement admis que l’eau s’est progressivement accumulée dans l’Univers par le biais de l’interaction entre l’hydrogène, l’élément le plus abondant, et l’oxygène formé au cœur des étoiles et expulsé par leur explosion en supernova. On considère donc que l’eau était plus rare dans l’Univers primitif par rapport à aujourd’hui.
Cependant, une nouvelle étude de l’Université de Portsmouth et de l’Université des Émirats arabes unis suggère tout le contraire. Plutôt que d’être rare comme initialement suggéré, l’eau aurait été présente en abondance dans l’Univers primitif, les supernovas les plus anciennes ayant notamment enrichi considérablement l’environnement en eau.
« En plus de révéler qu’un ingrédient essentiel à la vie était déjà en place dans l’Univers entre 100 et 200 millions d’années après le Big Bang, nos simulations montrent que l’eau était probablement un constituant clé des premières galaxies », écrivent les chercheurs dans leur étude, prépubliée sur la plateforme arXiv.
10 à 30 fois plus d’eau que la Voie lactée
Les populations stellaires sont classées en fonction de leur âge et de leur proportion en métaux (métallicité). Celles plus jeunes et plus riches en métaux, comme le Soleil, sont incluses dans la Population I. Celles plus anciennes et contenant moins de métaux, appartiennent à la Population II. Les plus anciennes, qui se sont formées au début de l’Univers, sont de la Population III.
Bien que les étoiles de la Population III n’aient jamais été directement observées, les observations de leur « descendance » suggèrent qu’elles étaient très massives et étaient entièrement constituées d’hydrogène et d’hélium. L’équipe de la nouvelle étude suggère que leurs propriétés particulières ont chargé l’Univers en eau suite à leur explosion en supernova.
Pour étayer leur hypothèse, les chercheurs ont modélisé les explosions de grandes étoiles primitives (200 fois la masse du Soleil) et de petites étoiles primitives (13 fois la masse du Soleil). Les premières se seraient formées en premier lieu à partir de nuages de gaz primordiaux, tandis que les secondes se sont formées ultérieurement à l’intérieur des premières pépinières stellaires. Les deux populations avaient une faible métallicité.
À la fin de leur vie, les petites étoiles ont explosé en supernovas typiques. En revanche, les plus grandes ont explosé en supernovas brillantes à instabilité de paires. Les supernovas classiques résultent soit de l’effondrement gravitationnel du cœur de l’étoile, soit d’une réaction thermonucléaire engendrée par une perte excessive de sa couche externe (par exemple en raison d’une naine blanche orbitant à proximité). Les supernovas à instabilité de paires sont, quant à elles, issues d’un processus d’annihilation entre les électrons et leurs antiparticules, provoquant de violentes pulsations avant d’exploser.
Les simulations ont montré que les supernovas primitives ont considérablement enrichi leur environnement d’eau. Les nuages moléculaires qui se sont formés à partir des restes des étoiles contiendraient 10 à 30 fois plus d’eau que ceux présents aujourd’hui dans notre galaxie, selon les résultats. L’équipe estime ainsi qu’il y avait suffisamment d’eau et d’autres éléments dans ces nuages moléculaires pour potentiellement favoriser l’émergence de la vie dans les premières galaxies, il y a 100 à 200 millions d’années après le Big Bang.
« Les principaux sites de production d’eau dans ces vestiges sont des noyaux de nuages moléculaires denses, qui dans certains cas ont été enrichis en eau primordiale à des fractions de masse qui n’étaient que quelques fois inférieures à celles du système solaire actuel », indiquent les chercheurs. « Ces noyaux denses et poussiéreux sont également des candidats probables à la formation de disques protoplanétaires ».
Ces résultats remettent en question l’hypothèse conventionnelle selon laquelle l’Univers primitif était pauvre en eau. Toutefois, ils comportent également des limites, dans la mesure où ils ne répondent pas à la question de la raréfaction de l’eau dans l’univers actuel. En effet, si l’eau était réellement abondante au début de l’Univers, elle aurait dû s’accumuler davantage dans l’univers actuel.
Néanmoins, des recherches suggèrent que l’ionisation de l’Univers et d’autres processus ultérieurs peuvent briser les molécules d’eau de sorte que le cosmos est peut-être passé par une période « d’assèchement ». L’eau présente dans les nuages moléculaires actuels proviendrait donc des étoiles de la Population I et II. Il est même possible qu’une partie de cette eau provienne encore des supernovas primitives.
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