À la recherche de l'aube cosmique : une nouvelle étude redessine la carte des premières étoiles de l'Univers

 

- Victoria, Colombie-Britannique

Une équipe dirigée par des chercheurs canadiens a bouleversé ce que nous savions au sujet de certaines des toutes premières étoiles de l'Univers et a fourni de nouvelles pistes pour les repérer à l'aide des grands observatoires spatiaux de nouvelle génération

cosmic-dawn-1170x450.jpg

Les scientifiques sont à la recherche des premières étoiles qui se sont formées; la question est de savoir à quels signes les reconnaître. Un article publié récemment dans The Astrophysical Journal Letters (en anglais seulement) apporte des preuves étonnantes selon lesquelles certaines étoiles très anciennes auraient non seulement été beaucoup plus massives qu'on le pensait, mais leur formation renverse toutes les notions admises jusqu'ici. Cette découverte ouvre la voie à une nouvelle quête des premières lumières de l'Univers, en nous indiquant où et comment les chercher à partir de leur couleur, grâce au télescope spatial James Webb récemment lancé.

renaissance-simulation-still.jpg

Vidéo d'une simulation par ordinateur (en anglais seulement) de l'Univers à ses débuts qui a été utilisée pour étudier les premières pépinières d'étoiles.

Crédit : J. H. Wise (Georgia Tech), B. W. O'Shea (Michigan State), M. L. Norman (UCSD), H. Xu (UCSD).

Visualisation : Advanced Visualization Lab, National Center for Supercomputing Applications, Université de l'Illinois à Urbana-Champaign.

L'article des chercheurs canadiens fait état de simulations informatiques (en anglais seulement) très avancées pour visualiser ce à quoi auraient ressemblé les premières pépinières d'étoiles. À l'aide de Blue Waters (un des superordinateurs les plus puissants utilisés pour la recherche en science et en génie), les chercheurs ont étudié une « simulation d'Univers » générée à partir d'un ensemble de données spécialisées appelé la suite Renaissance.

En faisant des gros plans sur certaines des régions les plus denses et les plus chaotiques de ce modèle, l'équipe de recherche internationale a trouvé des nuages de gaz primordiaux dans des zones ressemblant à ces cocottes minute. Ces nuages peuvent atteindre des températures 100 fois plus élevées que celles associées au début de l'Univers, en raison des fortes pressions engendrées par la fusion avec des nuages de gaz voisins et les rayonnements lumineux émis par d'autres nuages ou « halos ». La surchauffe induite retarde le processus de formation des étoiles, ce qui a permis à des étoiles extrêmement massives, atteignant parfois des milliers de fois la masse du Soleil, de se former.

« La température du cocon gazeux qui enveloppe les étoiles en formation influe sur la vitesse à laquelle elles évolueront et sur la taille qu'elles pourront atteindre. Ces environnements uniques réunissent les conditions idéales pour permettre la formation d'étoiles massives très brillantes. Et pour le plus grand bonheur des astronomes, cette découverte a ravivé l'espoir de détecter certaines des premières grappes d'étoiles suffisamment lumineuses pour être détectées par les télescopes de nouvelle génération. »

Tyrone Woods, titulaire de la bourse Plaskett du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) et auteur principal de l'article

Nouvelle palette chromatique pour décoder l'Univers primordial

story-cosmic-dawn-2.jpg

Étoiles en formation (représentées par des points bleus) dans une simulation de nuage de gaz primordial, dans laquelle certaines grossissent rapidement à l'intérieur de poches de gaz denses (représentées en blanc et en vert).

L'aspect de certaines étoiles dans cette simulation a été une surprise. Avec pour seuls moyens les connaissances théoriques amassées jusque-là, les chercheurs ont longtemps pensé que ces premières étoiles auraient été d'un bleu intense. À partir des résultats des nouvelles simulations, Tyrone Woods et son équipe ont pu toutefois démontrer que ces étoiles se sont développées si rapidement qu'elles ont déjoué toutes les règles de conformation convenues.

« Nos travaux ont démontré qu'un grand nombre de ces premières étoiles grandissent si rapidement que la chaleur générée ne peut s'échapper et distend la matière qui devient alors d'un rouge incandescent », explique le chercheur du CNRC. Ce phénomène jamais observé ailleurs dans l'Univers fournit un indice incontournable – la couleur rouge – grâce auquel les astronomes pourront détecter là où les premières étoiles se sont formées dans les images détaillées que fourniront prochainement les observatoires spatiaux.

La prochaine génération d'observatoires spatiaux aidera à trouver les premières étoiles

story-cosmic-dawn-3.jpg

Crédit : NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez
Le télescope spatial James Webb nous aidera bientôt à percer le mystère de la formation des étoiles dans le jeune Univers.

Les données fournies par les simulations arrivent à point nommé puisque les astronomes ont fait de la découverte des premières étoiles la priorité absolue de la prochaine décennie. Les premières étoiles sont en effet la clé pour comprendre les procédés mystérieux à l'origine de la formation des premiers trous noirs et des galaxies et de la création des éléments du tableau périodique. Comme la lumière voyage à une vitesse constante, plus on regarde loin dans l'Univers, plus on remonte le temps. Pour cette raison, les grands observatoires qui seront lancés scruteront aussi loin que possible les confins de l'Univers pour remonter aux lueurs originelles, jamais observées auparavant.

C'est une des tâches à laquelle s'appliquera en priorité le télescope spatial James Webb (Webb), qui succédera au télescope Hubble.

« Le télescope spatial James Webb scrutera différentes régions du ciel pendant plusieurs jours à la fois pour trouver les étoiles et les galaxies les plus lointaines observables. Deux relevés parmi ceux que doit effectuer le télescope James Webb devraient contribuer grandement à faire avancer cette recherche : le premier, le relevé extragalactique du champ profond JADES (pour James Webb Space Telescope Advanced Deep Extragalactic Survey) se penchera sur 2 régions bien étudiées du plus grand programme d'observation qu'effectuera le télescope Webb dans sa première année d'exploitation, alors que le relevé CANUCS (Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey) utilisera l'effet de lentille gravitationnelle des grappes galactiques à l'avant-plan pour amplifier la lumière ténue des étoiles et des galaxies éloignées. Les premiers résultats guideront les équipes d'astronomes à la recherche des premières étoiles qui pourraient être d'un rouge intense et non bleues comme on le croyait auparavant. »

Chris Willott, cochercheur participant à l’étude, et scientifique en chef actuel du projet, télescope spatial James-Webb

Armés de ces outils technologiques permettant de détecter ces premières étoiles massives primordiales, les astronomes pourront bientôt percer les mystères de leur formation et comprendre les profondes répercussions qu'elles ont eues dans l'évolution du cosmos.

Contactez-nous

Relations avec les médias, Conseil national de recherches du Canada
1-855-282-1637 (sans frais, au Canada seulement)
1-613-991-1431 (ailleurs en Amérique du Nord)
001-613-991-1431 (à l'étranger)
media@nrc-cnrc.gc.ca
Suivez-nous sur Twitter : @CNRC_NRC

Liens connexes