Actualité : Le James-Webb repère des indices d'étoiles monstrueuses de 7000 fois la masse du Soleil !

La recherche des toutes premières étoiles de l'Univers occupe beaucoup de temps d'observation du James Webb Space Telescope, et nous n'avons jamais été si proches de prouver leur existence. Une équipe d'astronomes vient de publier un article montrant qu'une galaxie très ancienne possède des indices de présence d'étoiles de pratiquement 10000 masses solaires chacune, exactement la prédiction attendue.

Nous vous avions récemment tenus au courant de la découverte d'une galaxie dont la signature lumineuse témoignait elle aussi de la présence possible de ces étoiles dites de "Population III", mais ces dernières ne semblaient pas aussi massives que celles dont il est ici question.

La galaxie s'appelle GS3073 et se trouve dans l'Univers âgé de seulement un milliard d'années. L'étude du contenu chimique de ses étoiles en apprend beaucoup aux astrophysiciens.

Les étoiles primitives, de Population III, à portée du James-Webb ?

L'observation a été réalisée en 2023, mais l'étude du spectre des étoiles n'est parue que ces dernières semaines. Il montre un excès inhabituel d'azote par rapport à l'oxygène. Ces éléments chimiques, nommés métaux par les astrophysiciens, ne sont produits qu'au cœur des étoiles, le Big-Bang n'ayant "créé" que de l'hydrogène, de l'hélium et d'infimes traces de lithium.

Constatant cette anormale abondance d'azote, les auteurs ont fait des simulations pour voir quels types d'étoiles étaient susceptibles de produire cet élément dans cette quantité-là : des étoiles de masse inférieure à 1000 masses solaires ou supérieure à 10000 masses solaires ne conviennent pas. Des étoiles de 7000 masses solaires environ y parviennent parfaitement.

Or, cette plage de masse est exactement celle qui correspond à la théorie des étoiles de Population III, les toutes premières de l'Univers. En effet, les étoiles actuelles, comme le Soleil, sont appelées Population I, et elles contiennent une fraction significative de métaux (carbone, azote, oxygène, et fer par exemple). Les Populations II, assez rares, sont légèrement métalliques, alors que les Populations III n'avaient aucun métal à leur formation étant donné que l'Univers n'a pas pu en synthétiser sans leur aide.

Ces étoiles monstrueuses ont peut-être donné naissance aux trous noirs supermassifs

Le mystère des premières étoiles, si massives, mène également à un autre mystère : la naissance des trous noirs supermassifs. Selon l'une des deux hypothèses, elles en seraient les mères, les graines. Effectivement, des étoiles aux masses plus modestes, telles que celles d'aujourd'hui, d'une à cent fois celle du Soleil, ne peuvent donner des trous noirs aussi gigantesques que ceux qu'on observe au centre des galaxies.

Voici ce qu'en dit Devesh Nandal sur le site de l'université de Portsmouth qui a dirigé l'étude :

“Les abondances chimiques agissent comme une empreinte cosmique, et la signature chimique de GS3073 est différente de tout ce que les étoiles ordinaires peuvent produire. Son azote extrême ne correspond qu'à un seul type de source : des étoiles primordiales des milliers de fois plus massives que notre soleil. Cela nous indique que la première génération d’étoiles comprenait des objets vraiment supermassifs qui ont contribué à façonner les premières galaxies et ont peut-être ensemencé les trous noirs supermassifs”.