Lorsque l’on parle d’étoiles s’étant formées juste après le Big Bang, il s’agit très souvent d’étoiles très lointaines, situées dans les confins de l’univers observable. Mais cela n’est cependant pas le cas d’une étoile nouvellement identifiée par une équipe d’astronomes, âgée d’environ 13.5 milliards d’années. En effet, le vieux et rare objet cosmique se situe dans notre propre galaxie, la Voie lactée.

Cette étoile à la position atypique porte le nom de 2MASS J18082002–5104378 B et pourrait bel et bien être l’une des plus anciennes étoiles de l’univers.

Il faut savoir qu’au tout début de l’univers, les métaux n’existaient pas. Ils ont été forgés dans le cœur des premières générations d’étoiles, qui les ont ensuite éjectés dans l’espace lors de leur mort.

Ce matériau a ensuite été mélangé à la formation de nouvelles étoiles, chaque génération suivante s’enrichissant de plus en plus de métaux. Plus l’étoile est jeune, plus la teneur en métal (ou métallicité, qui définit plus précisément la fraction de sa masse qui n’est pas constituée d’hydrogène ou d’hélium), est grande. Le Soleil, par exemple, date d’environ 100’000 générations après le Big Bang.

2MASS J18082002–5104378 B possède la métallicité la plus basse de toutes les étoiles jamais découvertes — soit seulement environ 9% de la métallicité de la Terre. Sa découverte pourrait signifier que le disque dense en étoiles de notre galaxie est beaucoup plus vieux que les 8 à 10 milliards d’années précédemment estimés.

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Une autre caractéristique étonnante : l’étoile est très petite. En effet, elle ne fait qu’environ 10% de la masse du Soleil, et se situe donc près de la limite inférieure pour la combustion d’hydrogène.

« Nous n’avons jamais découvert une étoile d’une masse aussi faible et composée de si peu de métaux », a déclaré l’astrophysicien Andrew Casey de l’Université Monash, en Australie.

« Cette découverte nous apprend que les toutes premières étoiles de l’univers ne doivent pas nécessairement être toutes des étoiles massives éteintes depuis longtemps. Ces anciennes étoiles pourraient se former à partir de très petites quantités de matériaux, ce qui signifie que certaines de ces reliques nées peu après le Big Bang pourraient encore exister aujourd’hui. Cela nous donne une nouvelle vision de la formation des étoiles de l’Univers primitif ! » ajoute l’astrophysicien.

Masse totale en fonction de la métallicité, pour les étoiles à faible teneur en métal connues. À gauche : comparaison avec des données de la base de données JINAbase. À droite : comparaison avec la base de données SAGA. 2MASS J18082002–5104378 B a une métallicité totale de −3.84 et une masse d’environ 0.14 soleil. En raison de sa faible métallicité et masse, 2MASS J18082002–5104378 B possède une masse métallique de seulement 0.090 fois celle de la Terre, ce qui en fait l’étoile connue la plus pauvre en métal. Crédits : Kevin C. Schlaufman

Sa taille incroyablement faible explique comment 2MASS J18082002–5104378 B a réussi à rester invisible aux yeux des astronomes pendant si longtemps, même en considérant qu’elle se situe dans la Voie lactée, notre propre galaxie.

La seule et unique raison pour laquelle elle a pu être détectée réside dans le fait qu’elle possède un compagnon binaire. Lorsque les astronomes ont étudié ce dernier, ils ont alors remarqué le faible mouvement de 2MASS J18082002–5104378 B.

Une analyse spectroscopique plus précise révéla sa très faible métallicité, et une analyse de son orbite dans le disque mince de la Voie lactée — le plan de rotation dense en étoiles — révéla qu’elle était originaire de la Voie lactée. Les recherches de l’équipe seront publiées dans le Astrophysical Journal et peuvent déjà être lues intégralement sur le site de pré-publication arXiv.

En réalité, sa présence même à cet endroit défie les notions populaires sur ce à quoi ressemble une très vieille étoile. Apparemment, elles ne sont pas forcément toutes énormes, lointaines et probablement mortes depuis longtemps — un point de vue défendu par les scientifiques jusque dans les années 1990.

Selon les calculs, une toute petite étoile pourrait en fait vivre pendant des milliards d’années. « Les étoiles massives vivent intensément et meurent jeunes, mais les étoiles moins massives – disons 20% moins massives que notre soleil – peuvent facilement vivre pendant 13 milliards d’années » a déclaré Casey.

« Le problème est que les astronomes croyaient depuis longtemps que les premières étoiles de l’univers étaient massives, et qu’aucune d’entre elles ne devrait survivre jusqu’à présent. Cette découverte contribue à changer ces croyances : cela montre que les anciennes étoiles peuvent avoir une très faible masse, ce qui implique que certaines des plus anciennes étoiles de l’univers pourraient encore être présentes aujourd’hui ».

Il existe quelques autres anciennes étoiles similaires errant autour de la Voie lactée, telles que la géante rouge HE 1523-0901 située dans le halo galactique, ou encore la mystérieuse HD 140283 (surnommée étoile-Mathusalem), dont l’âge est estimé à 14.5 ± 0.8 milliards d’années, et qui contredit donc presque l’âge estimé de l’univers.

Mais en termes de petite taille et de faible métallicité, 2MASS J18082002–5104378 B les surpasse toutes. Sa composition est beaucoup plus proche de celle de l’Univers après le Big Bang, avant que la matière ne soit petit à petit transformée par plusieurs générations d’étoiles.

De ce fait, comme il s’agit d’un objet si petit et de métallicité si faible, il est possible qu’il existe de nombreuses autres étoiles similaires dans l’univers. L’existence de 2MASS J18082002–5104378 B est donc une très bonne raison de penser que d’autres cas similaires puissent exister.

« Il est vraiment nécessaire de continuer à chercher des étoiles semblables sur le long terme afin d’en savoir plus » déclare Casey. « Ces étoiles sont extrêmement rares. C’est un peu comme si l’on cherchait une aiguille dans une botte de foin. Mais avec de grandes quantités de données provenant de télescopes terrestres et spatiaux, l’avenir est prometteur : nous sommes plus proches que jamais de comprendre comment se forment les étoiles de l’univers primitif » conclut-il.

Sources : ArxivThe Astrophysical Journal

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