Grâce au Pretty Substantial Telescope (VLT) de l’ESO, des chercheurs ont découvert pour la première fois les empreintes digitales laissées par l’explosion des premières étoiles de l’Univers. Ils ont détecté trois nuages de gaz lointains dont la composition chimique correspond à ce que l’on go to des premières explosions stellaires. Ces découvertes nous rapprochent de la compréhension de la mother nature des premières étoiles qui se sont formées après le Major Bang.
“Pour la première fois, nous avons pu identifier les traces chimiques des explosions des premières étoiles dans des nuages de gaz très lointains”, explique Andrea Saccardi, doctorante à l’Observatoire de Paris — PSL, qui a dirigé cette étude pendant sa thèse de maîtrise à l’Université de Florence.
Les chercheurs pensent que les premières étoiles qui se sont formées dans l’Univers étaient très différentes de celles que nous voyons aujourd’hui. Lorsqu’ils sont apparus il y a 13,5 milliards d’années, ils ne contenaient que de l’hydrogène et de l’hélium, les éléments chimiques les furthermore simples de la mother nature. Ces étoiles, supposées être des dizaines ou des centaines de fois in addition massives que notre Soleil, sont rapidement mortes dans de puissantes explosions appelées supernovae, enrichissant pour la première fois le gaz environnant avec des éléments in addition lourds. Les générations ultérieures d’étoiles sont nées de ce gaz enrichi et ont à leur tour éjecté des éléments in addition lourds lorsqu’ils sont également morts. Mais les toutes premières étoiles ont maintenant disparu depuis longtemps, alors comment les chercheurs peuvent-ils en savoir moreover à leur sujet ? “Les étoiles primordiales peuvent être étudiées indirectement en détectant les éléments chimiques qu’elles ont dispersés dans leur environnement après leur mort”, explique Stefania Salvadori, professeure associée à l’Université de Florence et co-auteur de l’étude publiée aujourd’hui dans Astrophysical Journal.
En utilisant des données prises avec le VLT de l’ESO au Chili, l’équipe a trouvé trois nuages de gaz très éloignés, observés alors que l’Univers n’avait que 10 à 15% de son âge actuel, et avec une empreinte chimique correspondant à ce que nous attendons des explosions des premières étoiles. En fonction de la masse de ces premières étoiles et de l’énergie de leurs explosions, ces premières supernovae ont libéré différents éléments chimiques tels que le carbone, l’oxygène et le magnésium, présents dans les couches externes des étoiles. Mais certaines de ces explosions n’étaient pas assez énergiques pour expulser des éléments additionally lourds comme le fer, qui ne se trouve que dans le cœur des étoiles. Pour rechercher le signe révélateur de ces toutes premières étoiles ayant explosé en supernovae de basse énergie, l’équipe a donc recherché des nuages de gaz lointains pauvres en fer mais riches en autres éléments. Et ils ont trouvé exactement cela : trois nuages lointains dans l’Univers primitif avec très peu de fer mais beaucoup de carbone et d’autres éléments – l’empreinte digitale des explosions des toutes premières étoiles.
Cette composition chimique particulière a également été observée dans de nombreuses étoiles anciennes de notre propre galaxie, que les chercheurs considèrent comme des étoiles de deuxième génération qui se sont formées directement à partir des «cendres» des premières. Cette nouvelle étude a trouvé de telles cendres dans l’Univers primordial, ajoutant ainsi une pièce manquante à ce puzzle. “Notre découverte ouvre de nouvelles voies pour étudier indirectement la mother nature des premières étoiles, complétant pleinement les études des étoiles de notre galaxie”, explique Salvadori.
Pour détecter et étudier ces nuages de gaz lointains, l’équipe a utilisé des balises lumineuses appelées quasars – des resources très lumineuses alimentées par des trous noirs supermassifs au centre de galaxies lointaines. Lorsque la lumière d’un quasar voyage à travers l’Univers, elle traverse des nuages de gaz où différents éléments chimiques laissent une empreinte sur la lumière.
Pour trouver ces empreintes chimiques, l’équipe a analysé les données de plusieurs quasars observés avec l’instrument X-shooter sur le VLT de l’ESO. X-shooter divise la lumière en une gamme extrêmement large de longueurs d’onde ou de couleurs, ce qui en fait un instrument unique permettant d’identifier de nombreux éléments chimiques différents dans ces nuages lointains.
Cette étude ouvre de nouvelles views pour les télescopes et les instruments de la prochaine génération, comme le prochain télescope extrêmement grand (ELT) de l’ESO et son spectrographe à échelle à dispersion élevée ArmazoNes (ANDES) à haute résolution. “Avec ANDES à l’ELT, nous pourrons étudier additionally en détail nombre de ces nuages de gaz rares, et nous pourrons enfin découvrir la mother nature mystérieuse des premières étoiles”, conclut Valentina D’Odorico, chercheuse au National Institut d’astrophysique en Italie et co-auteur de l’étude.