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La Première Génération d'Étoiles de l'Univers

Earendel : L'Étoile la plus Lointaine jamais Vue (12,9 Milliards d'A.-L.)

A.D. - SCIENCE & VIE N°1257 > Juin > 2022

Earendel : L'Étoile la plus Lointaine jamais Repérée (12,9 Milliards d'A.-L.)

COMMENT ÇA MARCHE N°139 > Juin > 2022

L'Explosion des Premières Étoiles a Nourri l'Univers

B.R. - SCIENCE & VIE N°1224 > Septembre > 2019

13,5 Milliards d'Années : la plus Vieille Étoile

V.G. - SCIENCE & VIE N°1216 > Janvier > 2019

Étoiles Nées 180 Millions d'Années après le Big Bang

S.B. - POUR LA SCIENCE N°487 > Mai > 2018

La Plus Vieille Étoile de l'Univers

COMMENT ÇA MARCHE N°62 > Août > 2015

Au Commencement étaient des Étoiles Monstrueuses

Des astres colossaux, lourds comme 1 million de Soleil ; Voilà à quoi devaient ressembler les toutes premières étoiles, dont il ne reste qu'à retrouver la trace...

CONTEXTE : Les premières étoiles sont nées juste après le big bang de l'effondrement de nuages d'hydrogène et d'hélium. Elles ont produit les atomes complexes qui peuplent aujourd'hui notre monde, dans lequel s'est formée une seconde génération d'étoiles. Hors de portée des télescopes, elles sont essentielles pour comprendre l'évolution, jusqu'à nos jours, de l'Univers.

"Plusieurs dizaines de milliers de Soleil, voire 100.000 fois la masse de notre étoile", calcule Naoki Yoshida, à l'université de Tokyo. "Plusieurs centaines de milliers", avance Marta Volonteri, à l'Institut d'astrophysique de Paris. Qui dit mieux ? "Jusqu'à un million de masses solaires, renchérit Athena Stacy, à l'université du Texas. Elles devaient être vraiment énormes, mesurant jusqu'à 100 fois la distance entre la Terre et le Soleil".
Il y a plus de 13 milliards d'années, alors que l'Univers émergeait du big bang et que se dessinaient les premières galaxies, brillaient des étoiles incroyablement massives. Perdus dans le noir, ces mastodontes rassemblaient en leur cour toute la matière des galaxies naissantes pour briller durant quelques centaines de millions d'années. Des colosses éphémères, aux limites de la physique. Des monstres que personne n'avait jusqu'ici envisagés... et que personne n'a encore jamais observés. Pour imaginer à quoi ressemblaient les premières habitantes de l'Univers, les astronomes ne disposent, depuis les années 1980, que d'une seule donnée : la composition du milieu dans lequel elles se sont formées. Pas de poussière ni de molécule complexe, mais une soupe primordiale faite des atomes les plus légers qui soient. À savoir : beaucoup d'hydrogène, un peu d'hélium et un peu de lithium, tous produits par le big bang. À partir de là, les scientifiques ont bâti une sorte de modèle standard selon lequel les premiers astres (les "étoiles de population III") étaient relativement gros - quelques centaines de masses solaires. "Ces astres primordiaux étaient vus comme un laboratoire simplifié, comparé aux processus complexes de formation des étoiles dans l'Univers actuel", précise Volker Bromm, spécialiste du sujet à l'université du Texas.
Mais en 2012, les choses se compliquent. En utilisant de nouveaux modèles, les astronomes réalisent que les embryons d'étoiles se mettent à tourner sur eux-mêmes, entraînant avec eux les gaz de leur cocon jusqu'à ce que se forme un disque plat. Un disque qui devient vite si massif qu'irrésistiblement, il se déstabilise et se fragmente, donnant naissance à nlusieurs embryons d'étoiles. "Au lieu d'une unique étoile de quelques centaines de fois la masse du Soleil, il se forme plusieurs petites proto-étoiles qui, la plupart du temps, finissent par être éjectées brutalement", précise Volker Bromm.
Ainsi les modèles se mettent-ils à fabriquer des groupes de petits astres, de quelques dizaines de masses solaires, dont certains pourraient être encore vivants aujourd'hui (voir encadré). "Les simulations les plus récentes produisent même des étoiles de la masse du Soleil", s'enthousiasme Athena Stacy. Plein de petites étoiles donc, au lien de quelques grosses... sauf qu'elles ne peuvent pas avoir été les seules premières habitantes de l'Univers ! Car les astronomes découvrent aussi les traces de trous noirs, ces étoiles mortes incroyablement massives, qui devaient peupler l'Univers moins d'un milliard d'années après sa naissance. Des trous noirs qui ne peuvent être nés de l'agonie de petites étoiles... mais bien de la mort d'astres colossaux. Une quarantaine de quasars (des galaxies extrêmement brillantes) ont été détectés dans l'Univers lointain - c'est-à-dire l'Univers ancien, puisqu'en astronomie, qui regarde au loin remonte le temps, raconte Naoki Yoshida. Nous pensons que leur lumière est produite par la matière tombant dans des trous noirs aussi gros qu'un milliard de masses solaires. Et Marta Volonteri de résumer le problème : "Si toutes les premières étoiles étaient très petites, de tels types de trous noirs ne pourraient pas exister. Les astronomes ont donc repris leurs simulations et découvert qu'en tenant compte de la capacité des étoiles à aspirer la matière alentour, elles pouvaient atteindre 1000, puis 10.000, puis 100.000 et enfin... jusqu'à 1 million de fois la masse du Soleil !

LES PLUS PETITES DES PREMIÈRES ÉTOILES POURRAIENT AVOIR SURVÉCU
Les étoiles primordiales pourraient être là, tout près de nous, sans que l'on n'en sache rien
! Car si certaines sont peu massives, cela signifie aussi qu'elles vivent plus longtemps que prévu. Ainsi, une étoile comme le Soleil a une durée de vie de quelque 10 milliards d'années... soit presque l'âge de l'Univers. "Une étoile née quelques centaines de millions d'années après le big bang et dont la masse serait de l'ordre de 0,8 fois celle du Soleil pourrait être encore là aujourd'hui", précise Marta Volonteri. Mais encore faudrait-il l'identifier. Or, les étoiles ne cessent d'absorber la matière qui les entoure. Les étoiles primordiales pourraient donc passer pour des étoiles normales parce qu'elles ont grignoté les atomes complexes dans lesquels elles baignent...

BIENTÔT DES IMAGES : Ces étoiles pouvaient ainsi concentrer toute la matière de l'embryon de galaxie dans lequel elles naissaient. Or, plus un astre est massif, plus sa vie est brève. Elles ne vivaient donc que quelques centaines de millions d'années, peut-être même moins, avant de se déstabiliser et de s'effondrer en un trou noir. Le phénomène serait assez rare. Mais il fait déjà fantasmer les astronomes. Car selon leurs calculs, ces monstres seraient assez lumineux pour être visibles avec le James Webb Space Telescope, ce puissant télescope spatial qui devrait remplacer Hubble à partir de 2018.
Ce serait alors la première observation directe des premiers moments de l'Univers, cet âge sombre que les astrophysiciens ne peuvent qu'imaginer dans leurs simulations, et qui pose donc nombre de questions. "Comment cet Univers primordial est devenu le monde complexe que nous observons aujourd'hui ? Comment ce milieu opaque est-il brusquement devenu transparent ?", liste Volker Bromm.

M.F. - SCIENCE & VIE N°1165 > Octobre > 2014

L'Enfance de l'Univers a bien été Explosive

Les premières étoiles ont modelé l'Univers en un temps record. Grâce au South Pole Telescope installé en Antarctique, l'équipe d'Olivier Zahn de l'université de Berkeley (États-Unis) a réussi à dater la réionisation.

Il s'agit de ce moment de l'enfance de l'Univers où celui-ci est devenu transparent, quand les bouffées de rayons ultraviolets émises lors de l'explosion des premières étoiles ont scindé les atomes de l'opaque gaz d'hydrogène qui baignait l'espace. Et ils ont découvert que cette période a été bien plus soudaine que prévu.
"En observant les motifs du rayonnement cosmologique émis par l'Univers alors qu'il était âgé de 380.000 ans, nous avons pu y distinguer l'empreinte de bulles d'hydrogène ionisé qui grossissaient déjà, en déduire leur mouvement et ainsi, évaluer la durée et le début de la réionisation", détaille le chercheur. Verdict : elle a commencé 250 millions d'années après le big bang et n'a duré que 250 millions d'années, alors que les modèles tablaient sur 750 millions d'années. Pour expliquer la brutalité de l'événement, les chercheurs invoquent de monstrueuses galaxies, peuplées d'étoiles 300 fois plus massives et des millions de fois plus brillantes que le Soleil, qui se seraient formées par millions au tout début de l'Univers, avant de finir par exploser en quelques millions d'années.

M.F. - SCIENCE & VIE > Novembre > 2012

La Plus Vieille Étoile de l'Univers pose Question

Des astronomes européens ont découvert l'étoile la plus vieille de notre galaxie, et, partant, de l'Univers. Le spectre de l'étoile de Caffau a permis d'analyser sa composition chimique : elle n'est presque faite que d'hydrogène et d'hélium...

Située à 4000 années-lumière d'ici, dans la constellation du Lion, SDSSJ102915+172927 a été surnommée "étoile de Caffau" par les chercheurs, du nom de sa découvreuse italienne, Elisabetta Caffau. C'est la composition chimique inédite de l'astre, révélée par les spectrographes du Very Large Telescope européen, qui a alerté les sciéntifiques : l'étoile de Caffau est constituée de 75 % d'hydrogène, de 25 % d'hélium et de moins de 0,00007 % d'autres atomes, appelés éléments lourds : or, ces éléments lourds (oxygène, carbone, azote, calcium, potassium, etc.) sont créés dans le cour des étoiles au fil des générations : notre Soleil, par exemple, contient aujourd'hui, soit 13,7 milliards d'années après le big bang, 20.000 fois plus d'éléments lourds que l'étoile de Caffau... Cet astre est donc né peu après le big bang (sans doute quelques dizaines ou centaines de millions d'années après). Mais il y a un hic : l'étoile est plus petite que le Soleil, et l'on pensait que seules des supergéantes pouvaient être apparues dans le fluide d'hydrogène et d'hélium initial... Il faudra donc repenser les modèles de formation de la toute première génération d'étoiles, et chercher dans l'Univers des astres encore plus anciens...

S.B. - SCIENCE & VIE > Novembre > 2011

Les Premières Étoiles sont Nées en Groupe

L'apparition des premières étoiles de l'Univers vient d'être modélisée avec une résolution inédite par des astrophysiciens allemands et américains. Surprise : contrairement à ce que supposaient les théoriciens, elles ne seraient pas nées grosses et solitaires mais plutôt... petites et en groupe.

Tout a commencé quand le gaz primordial (de l'hydrogène et de l'hélium) qui emplissait l'Univers 200 millions d'années après le big bang s'est effondré sous sa propre masse. La simulation a révélé la suite de l'histoire, que raconte Frédéric Daigne, de l'Institut d'astrophysique de Paris : "Au départ, une grosse région gazeuse s'est effondrée d'une seule pièce. Puis elle s'est fragmentée, chaque petit morceau donnant naissance à une étoile". Il ne s'est donc pas formé une seule grosse étoile pour chaque région gazeuse effondrée, mais plusieurs, et de taille modeste, comme notre Soleil. Ce qui colle par ailleurs parfaitement aux théories de l'évolution chimique de l'Univers. Petites et grosses étoiles ne fabriquent pas les mêmes éléments : ainsi, la composition actuelle de l'Univers s'explique mieux à partir de petites étoiles primordiales. Voilà qui ouvre des perspectives : les petites étoiles vivant plus longtemps, on pourrait observer certains de ces tout premiers astres, 13 milliards d'années plus tard...

A.D. - SCIENCE & VIE > Avril > 2011

Des Perles Rares dans les Galaxies Naines

La première génération d'étoiles vient enfin d'être découverte à l'aide du VLT, le très grand télescope européen au Chili, révèle un article d'Astronomy and Astrophysics.

Recherchées depuis des décennies, ces perles rares se cachaient au sein de galaxies naines, ces petites structures que l'on trouve dans l'Univers jeune et qui ont ensuite fusionné pour donner naissance aux grandes galaxies, comme la Voie lactée.
Ce qui caractérise ces étoiles ? La quasi-absence d'éléments chimiques plus lourds que l'hydrogène et l'hélium - formés peu après le Big Bang. Il y en a jusqu'à 10.000 fois moins que dans le Soleil. En effet, les éléments plus lourds ont été forgés au cœur de ces premières étoiles et ont été dispersés ensuite dans l'espace à la fin de leur vie. Ils se trouvent ainsi incorporés aux générations d'étoiles suivantes.

A.Kh. - SCIENCES ET AVENIR > Avril > 2010

L'Explosion de l'une des Premières Étoiles de l'Univers

Les astronomes viennent d'assister à l'explosion de l'une des premières étoiles de l'Univers.

Elle s'est produite il y a plus de 13 milliards d'années, soit 630 millions d'années après le big bang.

ÇA M'INTÉRESSE > Décembre > 2009

Comment sont Nées les Premières Étoiles ?

C'est l'histoire de la poule et de l'ouf : les astrophysiciens ne savent faire des étoiles qu'à partir de cendres d'autres étoiles. À 12,9 milliards d'années-lumière, HUDF-JD2 (->) est la plus lointaine galaxie jamais observée, donc la plus jeune.

Les éléments lourds, libérés lorsqu'elles explosent en supernovae, sont en effet autant de germes dispersés dans l'espace à partir desquels pourront se reformer d'autres étoiles. Or, au moment de la formation des premières étoiles, 200 millions d'années après le big bang, "il faut imaginer un milieu ne contenant pratiquement que de l'hydrogène et de l'hélium)", explique François Hammer de l'Observatoire de Meudon. Pour tenter de comprendre la naissance des premières étoiles, les scientifiques ont donc imaginé un scénario où le rôle des poussières est tenu par la molécule de dihydrogène. Mais selon ce scénario, les petites étoiles ne peuvent plus voir le jour ; en effet, "les modèles donnent naissance à de très grosses étoiles, de plus de 100 fois la masse du Soleil, et constituées uniquement d'hydrogène et d'hélium", explique François Hammer. Les astronomes cherchent à vérifier de visu cette hypothèse : la quête des premières étoiles est en marche.

SCIENCE & VIE Hors Série > Mars > 2008
 

   
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