Une équipe d'astronomes européens a utilisé le très grand
télescope (VLT) de l'ESO pour débusquer une
étoile dans la
Voie Lactée dont beaucoup croyaient l'existence
impossible. Ils ont découvert que cette étoile est composée
pratiquement entièrement d'hydrogène et d'hélium, avec seulement
une remarquablement faible
quantité d'autres éléments chimiques. Cette étonnante
composition place donc cette étoile dans la "zone interdite" de la
théorie, largement acceptée, de la formation des
étoiles, ce qui signifie en premier lieu qu'elle n'aurait jamais dû
se former. Ces résultats seront publiés dans l'édition du 1er
septembre du journal Nature.
Une étoile peu brillante dans la constellation du Lion, appelée
SDSS J102915+172927 (1), s'est révélée avoir la plus
faible quantité d'éléments plus lourds que l'hélium (ce que les
astronomes appellent des " métaux ") de toutes les
étoiles étudiées jusqu'à présent. Elle a une
masse plus petite que celle du
Soleil et a probablement plus de 13 milliards
d'années.
" Une théorie largement acceptée prédit que les étoiles
de ce type, avec une petite masse et une quantité de métaux
extrêmement faible, ne devraient pas exister, car les nuages de
matière à partir desquels elles se forment ne pourraient jamais se
condenser, " (2), déclare Elisabetta Caffau
(Zentrum für
Astronomie der Universität Heidelberg, Allemagne et
Observatoire de
Paris, France), premier auteur de cet article. " Ce
fut une surprise de trouver, pour la première fois une étoile dans
cette " zone interdite " et cela signifie que nous allons
probablement avoir à réviser quelques-uns des modèles de formation
d'étoiles. "
L'équipe a analysé les propriétés de l'étoile en utilisant les
instruments X-shooter et UVES sur le VLT (3). Cela lui a
permis de mesurer l'abondance des divers éléments chimiques dans
cette étoile. Elle a trouvé que la proportion de métaux dans
SDSS J102915+172927 est plus de 20 000 fois inférieure à celle
du Soleil (4) (5).
" Cette étoile est faible et si pauvre en métal que nous
n'avons pu détecter que la signature d'un seul élément plus lourd
que l'hélium - le calcium- lors de nos premières
observations, " explique Piercarlo Bonifacio (Observatoire de
Paris, France), qui a supervisé le
projet. " Nous avons dû demander du
temps de télescope supplémentaire au Directeur Général
de l'ESO pour étudier la
lumière de cette étoile de manière plus détaillée et
avec un long temps d'exposition, pour essayer de trouver d'autres
métaux. "
Les cosmologistes croient que les éléments chimiques les plus
légers - l'hydrogène et l'hélium- ont été créés peu après le Big
Bang, en même temps qu'une partie du lithium (6), alors
que la plupart des autres éléments ont été formés plus tard dans
les étoiles. Les explosions de supernovae dispersent la matière
stellaire
dans le
milieu interstellaire, l'enrichissant en métaux. Les
nouvelles étoiles se forment à partir de ce milieu enrichi, elles
ont donc des quantités de métaux plus importantes que les étoiles
plus vieilles. Par conséquent, la proportion de métaux d'une étoile
nous renseigne sur son âge.
" L'étoile que nous avons étudiée est extrêmement pauvre
en métal, ce qui signifie qu'elle est très primitive. Elle pourrait
être une des plus vieilles étoiles jamais découvertes, "
ajoute Lorenzo Monaco (ESO, Chile), également impliqué dans
l'étude.
L'absence de lithium dans SDSS J102915+172927 est aussi très
surprenante. Une vieille étoile de ce type devrait avoir une
composition semblable a celle de l'Univers peu de temps après le
Big Bang, avec un peu plus de métaux. Mais, l'équipe a trouvé que
la proportion de lithium de cette étoile était au moins cinquante
fois moindre qu'elle est supposée être dans la matière produite par
le Big Bang.
" La manière dont a été détruit dans cette étoile le
lithium formé juste après le début de l'Univers est un
mystère, " ajoute Piercarlo Bonifacio.
Les chercheurs ont également montré que cette étoile insolite n'est
probablement pas unique. " Nous avons identifié plusieurs
autres étoiles candidates qui doivent avoir des niveaux de métal
similaires, voire plus faibles, que dans SDSS J102915+172927. Nous
envisageons maintenant de les observer avec le VLT afin de voir si
c'est bien le cas, " conclut Elisabetta Caffau.
Notes
(1) Cette étoile est cataloguée dans le Sloan Digital Sky Survey ou
SDSS. Les numéros font référence à la position de l'objet dans le
ciel.
(2) Les théories largement acceptées sur la formation des étoiles
stipulent que les étoiles avec une masse aussi petite que SDSS
J102915+172927 (environ 0,8 masse solaire ou moins) ne peuvent
s'être formées qu'après que des explosions de supernovae aient
enrichi le milieu interstellaire au dessus d'une valeur critique.
Ceci car les éléments les plus lourds agissent comme des
" agents refroidissants ", aidant à évacuer la
chaleur des nuages de
gaz dans ce milieu, qui peuvent alors s'effondrer pour
former des étoiles. Sans ces métaux, la
pression due au réchauffement est trop forte et la
gravité du nuage serait trop faible pour la surmonter et
faire s'effondrer le nuage. Une théorie en particulier identifie le
carbone et l'oxygène comme les principaux agents
refroidissants et dans SDSS J102915+172927 la quantité de carbone
est plus petite que le minimum estimé nécessaire pour que ce
refroidissement soit effectif.
(3) X-shooter et UVES sont des spectrographes du VLT - des
instruments utilisés pour séparer la lumière des objets célestes
dans ses différentes couleurs et permettre des analyses détaillées
de leur composition chimique. X-shooter peut capturer une très
large gamme de longueurs d'onde du spectre d'un
objet en une seule prise (de l'ultraviolet au proche
infrarouge). UVES est l'" Ultraviolet and Visual Echelle
Spectrograph", un instrument
optique de haute résolution.
(4) L'étoile HE 1327-2326, découverte en 2005, a la plus petite
quantité de fer connue, mais elle est riche en carbone. L'étoile
analysée cette fois à la plus petite proportion de métaux, quand
tous les éléments chimiques plus lourds que l'hélium sont
considérés.
(5) Les télescopes de l'ESO ont été fortement impliqués dans de
nombreuses découvertes de la plupart des étoiles pauvres en métal.
Quelques-uns des précédents résultats sont présentés dans les
communiqués eso0228 et eso0723 et cette nouvelle découverte montre que les
observations réalisées avec les télescopes de l'ESO ont permis aux
astronomes de faire un pas de plus vers la découverte de la
première génération d'étoiles.
(6) La nucléosynthèse primordiale fait référence à la production
des éléments chimiques à plus d'un
proton quelques instants après le Big Bang. Cette
production s'est déroulée en très peu de temps, permettant
seulement la formation de l'hydrogène de l'hélium et du lithium,
mais pas des éléments plus lourds. La théorie du Big Bang prédit,
et les observations le confirment, que la matière primordiale était
composée d'environ 75% (par masse) d'hydrogène, 25% d'hélium et
quelques traces de lithium.
