Des indices de naissance des premières étoiles 250 millions d’années après le Big Bang

Sur cette image acquise par Hubble figure l’amas de galaxies MACS J1149.5+2223. En médaillon figure la lointaine galaxie MACS1149-JD1, observée telle qu’elle était voici 13,3 milliards d’années par ALMA. La distribution en oxygène détectée au moyen d’ALMA arbore ici une couleur rouge — Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), the CLASH Team, Hashimoto et al.
Une lueur d’oxygène ionisé détectée dans une galaxie aux confins de l’univers suggère que les premières étoiles se sont allumées 250 millions d’années seulement après le Big Bang.

Grâce à ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), une équipe d’astronomes a pu repousser toujours plus loin dans l’espace et le temps la détection d’oxygène au sein d’une galaxie. Ainsi, la (faible) lumière de MACS1149-JD1 — amplifiée par un effet de lentille gravitationnelle d’un amas de galaxies situé entre la Terre et la lointaine galaxie — qu’ils ont disséqué a trahi la présence de cet élément ionisé dans l’univers très jeune, 500 millions d’années seulement après le Big Bang ! C’était donc il y a 15,3 milliards d’années. L’univers n’avait alors que 4 % de son âge actuel.

En outre, les observations avec le VLT (lui aussi basé au Chili) d’une faible raie en émission de l’hydrogène corroborent les estimations de la distance de la galaxie avec ALMA. MACS1149-JD1 est désormais « la galaxie la plus lointaine dont la distance est connue avec précision », indique l’ESO.


« Cette animation retrace la probable histoire de la formation d’étoiles au sein de la galaxie MACS1149-JD1. Sous l’effet de la gravitation, la matière se structure en filaments et la densité de matière située aux intersections filamentaires augmente. Quelque 200 millions d’années après le Big Bang, une intense formation d’étoiles se produit dans les zones de densité élevée, donnant lieu à la formation des galaxies. Le gaz contenu dans les galaxies est éjecté par de violents vents stellaires ainsi que par l’explosion d’étoiles en supernovae. Puis, le gaz retourne dans la galaxie et contribue à un nouveau sursaut de formation stellaire » — Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Sur les traces des premières étoiles

Pour créer et répandre cet oxygène dans un univers qui n’en possédait, il a donc fallu des forges stellaires — seuls astres qui réunissent les conditions nécessaires pour élaborer via la fusion des éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium — qui l’ont ensuite expulsé en explosant. Autrement dit, une première génération d’étoiles avait déjà fait son œuvre.

La question qui taraude bien sûr les astronomes est : quand les premières étoiles sont-elles nées ? Et par conséquent, les premières galaxies ? À partir de ces nouvelles recherches, l’équipe conclut via des modélisations qui s’appuient sur les données amassées par Hubble, que les premières étoiles — dites de population III — ont pu se former quelque 250 millions d’années après le Big Bang.

Nous ne les voyons pas encore, mais on s’en rapproche à grands pas. On peut sentir l’impatience des cosmologistes de regarder les confins de l’univers avec la prochaine génération de télescopes spatiaux et terrestres comme le JWST, dont le lancement a été hélas encore reporté, et l’ELT, en construction sur la montagne en face de celle du VLT. De nouvelles pages sont en train de s’écrire dans le grand livre de l’histoire de l’univers.

« La datation de l’aube cosmique constitue le Graal de la cosmologie et de la formation galactique, explique Richard Ellis, coauteur de l’étude publiée dans Nature. Grâce à ces nouvelles observations de MACS1149-JD1, nous nous approchons de l’époque à laquelle remonte la toute première lumière stellaire ! Et parce que nous sommes tous constitués de poussière d’étoiles, cela équivaut à découvrir nos propres origines ».

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