Le télescope spatial James Webb (JWST) a trouvé la première preuve que des millions d'étoiles supermassives, 10 000 fois la masse du Soleil, pourraient se cacher à l'aube de l'univers.
Nées à peine 440 millions d'années après le Big Bang, ces étoiles peuvent nous éclairer sur la façon dont notre univers a été ensemencé pour la première fois avec des éléments lourds. Les chercheurs, qui ont surnommé les étoiles géantes "monstres du ciel", ont publié leurs découvertes le 5 mai dans la revue Astronomie et astrophysique.
"Aujourd'hui, grâce aux données recueillies par le télescope spatial James Webb, nous pensons avoir trouvé le premier indice de la présence de ces étoiles extraordinaires", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Corinne Charbonnel, professeur d'astronomie à l'Université de Genève en Suisse.
Des chercheurs ont trouvé les signatures chimiques d'étoiles géantes à l'intérieur d'amas globulaires - des amas de dizaines de milliers à des millions d'étoiles très serrées, dont beaucoup sont parmi les plus anciennes à se former dans notre univers. Environ 180 amas globulaires parsèment notre galaxie de la Voie lactée, et parce qu'ils sont si vieux, ils offrent aux astronomes des fenêtres à travers le temps sur les premières années de notre univers.
Mystérieusement, certaines des étoiles de ces amas ont des proportions d'éléments très différentes (oxygène, azote, sodium et aluminium), même si elles se sont formées à peu près au même moment et à partir des mêmes nuages de gaz et de poussière il y a 13,4 milliards d'années.
Les astronomes pensent qu'une telle variété d'éléments peut s'expliquer par l'existence d'étoiles supermassives - des géantes cosmiques nées dans les conditions plus denses de l'univers primitif, qui ont brûlé leur carburant à des températures beaucoup plus élevées, formant des éléments plus lourds qui ont ensuite "contaminé" de plus petites étoiles bébés (qui se composent généralement d'éléments beaucoup plus légers).
Mais trouver ces étoiles n'a pas été facile. Les géantes ardentes, qui font 5 000 à 10 000 fois la taille de notre Soleil, ont brûlé à une température de 135 millions de degrés Fahrenheit (75 millions de degrés Celsius). Parce que les étoiles les plus grosses, les plus brillantes et les plus chaudes s'éteignent le plus rapidement, ces monstres cosmiques ont depuis longtemps disparu dans des explosions extrêmement puissantes appelées hypernovae.
"Les amas globulaires ont entre 10 et 13 milliards d'années, tandis que les supernovae ont une durée de vie maximale de deux millions d'années. Ils ont donc disparu très tôt des amas que l'on peut observer aujourd'hui. Il ne reste que des traces indirectes", a déclaré le co-auteur de la recherche Marc Giles, professeur d'astrophysique à l'Université de Barcelone, dans un communiqué.
Pour détecter les restes chimiques dispersés d'anciens monstres, les chercheurs ont pointé la caméra infrarouge de JWST vers la galaxie GN-z11, l'une des galaxies les plus éloignées et les plus anciennes jamais découvertes, située à 13,3 milliards d'années-lumière de la Terre. Différents produits chimiques absorbent et émettent de la lumière à différentes fréquences. Ainsi, en décomposant la lumière provenant des différents amas globulaires trouvés dans GN-z11, les astronomes ont découvert que ses étoiles sont non seulement très serrées, mais également entourées de niveaux élevés d'azote.
"La forte présence d'azote ne peut s'expliquer que par la combustion de l'hydrogène à des températures extrêmement élevées, que seul le cœur des étoiles supermassives peut atteindre", a déclaré Charbonnel.
Après avoir trouvé les premiers indices sur les monstres du ciel, les chercheurs étudieront plus d'amas globulaires dans plus de galaxies pour voir si leur découverte devrait être ailleurs.
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