Le télescope spatial James Webb aurait enfin découvert les premières étoiles de l’univers !

Des astronomes ont récemment fait une découverte fascinante grâce au télescope spatial James Webb (JWST) : ils pourraient avoir identifié les premières étoiles de génération, nées peu après le Big Bang.

Ces étoiles primitives, connues sous le nom d’étoiles de population III (POP III), se situent dans une galaxie appelée LAP1-B, déjà observée par ce précieux télescope de 10 milliards de dollars. La lumière de cette galaxie voyage depuis 13 milliards d’années, ce qui signifie que nous l’observons telle qu’elle était 800 millions d’années après le Big Bang.

Selon Eli Visbal de l’Université de Toledo, qui a dirigé l’équipe de recherche, il s’agit peut-être de notre première observation de ces ancêtres stellaires. “Si les étoiles de LAP1-B sont effectivement des POP III, c’est la première détection de ces étoiles primitives,” a-t-il déclaré à Space.com. “Pour découvrir les étoiles de population III, nous avions vraiment besoin de la sensibilité du JWST, ainsi que d’un grossissement 100 fois supérieur grâce au lentillage gravitationnel d’un cluster galactique entre nous et LAP1-B.”

Cette galaxie est si éloignée qu’elle n’était visible, même avec la sensibilité infrarouge avancée du JWST, qu’en raison d’un phénomène nommé lentille gravitationnelle, prédit pour la première fois par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale en 1915. Ce phénomène explique la manière dont la lumière d’un objet lointain est amplifiée par la déformation de l’espace causée par un corps massif intermédiaire. La lentille gravitationnelle qui a amplifié LAP1-B est un vaste cluster de galaxies situé à environ 4,3 milliards d’années-lumière de la Terre, appelé MACS J0416.1-2403 (MACS0416).

Identifier les premières étoiles de l’univers

Le JWST observe la galaxie LAP1-B pendant une période de l’univers nommée “l’époque de la réionisation”, où la lumière ultraviolette des premières étoiles et galaxies aurait contribué à transformer le gaz neutre d’hydrogène et d’hélium en un gaz plasma surchauffé. Cela marque la fin des “âges sombres cosmiques”.

Les étoiles de population III sont supposées s’être formées avant cette époque, se regroupant environ 200 millions d’années après le Big Bang, lorsque l’univers s’était suffisamment étendu et refroidi pour permettre la formation des premiers atomes d’hydrogène, l’élément le plus léger de l’univers.

Visbal a ajouté : “Selon le modèle standard de cosmologie, les étoiles de population III se forment dans de très petites structures de matière noire qui servent de blocs de construction pour des galaxies plus grandes. Elles nous enseignent ainsi les premières étapes de la formation et de l’évolution des galaxies, tout en apportant des contraintes sur les propriétés de la matière noire, car les modèles alternatifs de matière noire influencent leur lieu de formation.”

Cela signifie que les astronomes cherchent activement à identifier ces étoiles, qui se révèlent cependant difficiles à repérer. “Les étoiles de population III sont insaisissables car elles se forment principalement à des périodes très précoces, donc elles sont très éloignées et regroupées en petites unités, ce qui les rend très faibles,” a précisé Visbal.

Etant donné que ces étoiles ont été forgées à une époque où l’univers était principalement composé d’hydrogène et d’hélium, avec peu d’éléments plus lourds (appelés “métaux” par les astronomes), la première génération d’étoiles devrait se démarquer des étoiles modernes riches en métaux, comme notre Soleil (une étoile de population I), en raison de leur faible metallicité.

Cette faible metallicité a également permis aux étoiles de population III d’atteindre des masses colossales, équivalentes à 100 fois celle du Soleil et parfois plus. De plus, ces étoiles ont tendance à se regrouper en petites formations en raison de leur masse élevée.

Les simulations suggèrent que le gaz primordial refroidit moins efficacement que le gaz enrichi en éléments lourds comme le carbone et l’oxygène, ce qui entraîne moins de fragmentation lors de la formation des étoiles. “Cela fait que les étoiles de population III sont généralement plus massives que les étoiles aux métaux enrichis, avec des masses typiques pouvant atteindre 100 fois celle du Soleil,” a ajouté Visbal.

En effet, l’équipe a découvert que les étoiles dans LAP1-B sont entourées de gaz contenant peu de traces de métaux et semblent former des groupes d’environ 1 000 masses solaires. Ces résultats laissent également penser que le lentillage gravitationnel pourrait être un moyen efficace de détecter d’autres étoiles de population III à des époques primitives ou à des décalages vers le rouge élevés.

Visbal a conclu : “Jusqu’à ce que nous fassions ce calcul, je pensais que notre modèle indiquerait que les étoiles de population III étaient trop rares à un décalage vers le rouge de 6.6 pour être détectées dans une zone fortement amplifiée d’une lentille gravitationnelle. J’ai été agréablement surpris de découvrir que notre calcul montrait qu’elles devraient être suffisamment communes pour être observées derrière un cluster comme MACSJ0416. Nous souhaitons maintenant réaliser des simulations hydrodynamiques plus détaillées sur la transition entre les étoiles de population III et celles de population II (la deuxième génération d’étoiles) pour voir si elles sont cohérentes avec le spectre de LAP-1B et d’objets similaires.”