Des astronomes étudiant des étoiles massives dans des galaxies voisines constatent que les astres très pauvres en métaux émettent des vents stellaires bien plus faibles que prévu. Cette découverte, appuyée par de précieuses observations du télescope spatial Hubble, aide les chercheurs à mieux modéliser l’évolution des premières galaxies de l’Univers.
Les galaxies et les étoiles de l’Univers primordial présentent des caractéristiques déconcertantes qui intriguent les scientifiques. Pour percer ces mystères, une équipe de chercheurs de l’University of Utah s’est penchée sur des astres situés dans des galaxies proches, utilisés comme des analogues de ce que l’on trouve dans le cosmos ancien. Ce programme de recensement, baptisé TEMPOS (Treasury of Extremely Metal-Poor O Stars), exploite la lumière ultraviolette émise par ces étoiles et captée par le Cosmic Origins Spectrograph du télescope spatial Hubble. Les données obtenues offrent aux astronomes des modèles bien plus précis des étoiles monstres de type Population III, apparues quelques centaines de millions d’années après le Big Bang.
Le rôle crucial des étoiles massives pauvres en métaux dans l’Univers primitif
Depuis le premier champ profond de Hubble en 1995, l’exploration des confins de l’espace a révélé des galaxies lointaines à l’apparence singulière. Les premières générations d’étoiles étaient principalement composées d’hydrogène et d’hélium. En astronomie, les éléments plus lourds que ces deux gaz, tels que le carbone, l’oxygène ou l’azote, sont qualifiés de métaux. Une étoile pauvre en métaux se compose donc presque exclusivement d’hydrogène. Ces astres massifs, dont la masse dépasse souvent de dix fois celle du Soleil, affichent une courte durée de vie en raison de leur incandescence extrême.
Ils brûlent de manière très chaude, lumineuse et rapide, et ils terminent leur courte vie par des explosions de supernova qui déposent beaucoup d’énergie et de matière dans le gaz environnant. Grace Telford, assistant professor of Physics and Astronomer in Utah, via Universetoday
Ces géantes contrôlent l’évolution de leurs galaxies hôtes en réchauffant et en régulant le gaz disponible pour le refroidissement et la formation de nouvelles étoiles. Comme l’explique Grace Telford, responsable de l’étude, l’examen de ces objets à faible métallicité est indispensable, car les étoiles massives de la Voie lactée, beaucoup plus riches en métaux, ne permettent pas d’interpréter correctement les observations de l’Univers jeune.
Les observations du programme TEMPOS et la faiblesse inattendue des vents stellaires
Le programme TEMPOS s’intéresse à 29 étoiles massives de type O réparties dans six galaxies naines voisines, dont la métallicité est nettement inférieure à celle du Soleil. Les spectres ultraviolets de ces astres révèlent leur teneur en métaux ainsi que la nature de leurs vents stellaires. Normalement, les ions métalliques absorbent la matière et aident à propulser le gaz loin de la surface stellaire. Les astronomes s’attendaient donc à ce que des étoiles moins riches en métaux génèrent des vents plus faibles.
Toutefois, la réalité s’est révélée encore plus marquée. Dans les étoiles dont la teneur en éléments lourds descend sous le seuil d’environ un dixième de celle du Soleil, les vents faiblissent de façon beaucoup plus abrupte que prévu. Ce travail représente un investissement considérable : chaque étoile nécessite jusqu’à 35 heures de temps d’observation avec Hubble, ce qui limite l’échantillon à ces 29 cibles de choix, mais constitue la meilleure base de données disponible pour ce type d’analyse.
Conséquences pour la compréhension des galaxies lointaines révélées par le JWST
Les implications de cette découverte touchent directement les observations récentes menées par le télescope spatial James Webb. Le JWST a mis en évidence des galaxies anciennes d’une luminosité et d’une singularité inattendues, forçant les chercheurs à revoir leurs schémas d’évolution cosmique. Des vents stellaires plus faibles signifient qu’une étoile massive conserve une plus grande partie de sa matière tout au long de son existence, ce qui pourrait la conduire vers une fin plus explosive et accroître la probabilité qu’elle se transforme en trou noir.
Bien que ces étoiles proches ne soient que des analogues et non des survivantes directes de l’aube cosmique, ces données affinent les modèles astrophysiques nécessaires pour interpréter les anomalies observées dans l’Univers lointain.