Ce magnifique panorama à 360 degrés, couvrant toute la sphère céleste, révèle le paysage cosmique qui entoure notre petite planète bleue. Cette image est la première des trois images en très haute-résolution du projet GigaGalaxy Zoom, lancé par l'ESO pour l'Année mondiale de l'astronomie en 2009 (IYA2009). Le plan de notre Voie Lactée, que l'on voit de côté sur Terre, coupe l'image avec une ligne lumineuse, comme-ci l'on regardait la Voie Lactée de l'extérieur. De ce point de vue, les composants de notre galaxie, en forme de spirale, apparaissent clairement, y compris son disque, ses nébuleuses sombres et lumineuses qui abritent des jeunes étoiles, ainsi que le bulbe central de la galaxie et ses galaxies satellites. Cela ayant pris plusieurs mois à être filmé, des objets du système solaire ont traversé le champ d'étoiles, comme les planètes lumineuses comme Vénus et Jupiter. Pour des raisons de droits d'auteur, nous ne pouvons pas fournir l'image original à 800 millions de pixels, qui peut être demandée auprès de Serge Brunier. L'image haute-résolution, ici, contient 18 millions de pixels. © ESO/S, Brunier

Sciences

Cette étoile est presque aussi ancienne que le Big Bang ! Un record

ActualitéClassé sous :Astronomie , HD 140283 , étoile

De son petit nom, 2MASS J18082002-5104378, cette étoile binaire est si pauvre en éléments lourds qu'elle a dû se former il y a 13,5 milliards d'années donc, peu de temps après le Big Bang. On sait aujourd'hui qu'elle contient une étoile de faible masse, laissant penser que d'autres de ce genre, encore plus vieilles, dites « de type III », pourraient exister encore dans la Voie lactée.

Nommée 2MASS J18082002-5104378, cette étoile binaire spectroscopique est découverte depuis plusieurs années. Son analyse spectrale avait déjà été entreprise pour déterminer la composition chimique de son atmosphère et pour estimer sa composition globale. Qui dit « binaire spectroscopique », dit que l'astre compagnon ne peut pas se voir directement mais que ses effets gravitationnels se perçoivent sous forme d'un effet Doppler sur les raies spectrales de l'étoile ; celle-ci est alors en mouvement orbital autour du centre de masse du système binaire qu'elle constitue avec lui. On pensait à l'époque qu'une étoile à neutrons ou un trou noir, astres peu lumineux, étaient les responsables de ce décalage spectral périodique.

Par contre, on avait déjà découvert que 2MASS J18082002-5104378 faisait partie des étoiles de type ultra metal-poor, à savoir ultra-pauvres en métaux, ce qui signifie qu'elle contient très peu d'éléments plus lourds que l'hélium et l'hydrogène. Pour un astrophysicien, cet état de fait permet d'en tirer bien d'autres informations. La théorie du Big Bang nous dit que le gaz d'atome laissé par la naissance du cosmos observable est justement constitué d'hydrogène, d'hélium, et leurs isotopes; ainsi que d'une infime fraction de lithium. Mais certainement pas d'éléments plus lourds comme le carbone, l'oxygène, l'azote et encore moins le fer ou l'or. Ces éléments lourds sont le produit de la nucléosynthèse stellaire et pas de la nucléosynthèse primordiale.

Dans les galaxies, cette nucléosynthèse stellaire est particulièrement active avec les étoiles massives. Mais, au-delà de 8 à 10 masses solaires et au bout de quelques millions d'années, celle-ci va exploser en supernova, en rejetant le produit de leur alchimie cosmique. Ainsi, le milieu interstellaire dans les galaxies évolue et s'enrichit en éléments lourds. C'est dans cette chimie que vont naître de nouvelles étoiles qui, à leur tour, suivront la même trajectoire évolutive si elles sont suffisamment massives.

Une équipe d’astronomes brésiliens et américains conduit par Jorge Melendez de l’université de São Paulo ont utilisé deux télescopes d’ESO (Observatoire européen austral) pour découvrir que cette étoile, appelée 2MASS J18082002–5104378, est en fait une rare relique de l’époque de la formation de la Voie lactée. En tant que telle, elle fournit aux astronomes une précieuse opportunité pour étudier les premières étoiles qui sont nées dans notre galaxie. 2MASS J18082002–5104378 a été remarquée en 2014 par le télescope New Technology Telescope d’ESO. Des observations successives avec le Very Large Telescope ont montré que, au contraire des étoiles jeunes comme le Soleil, cette étoile montre une très grande pauvreté en métaux - les éléments chimiques plus lourds que l’hydrogène et l’hélium. En fait, ces éléments manquent tellement qu’on appelle cette étoile une UMP (ultra metal-poor star en anglais). Elle est, en outre, la plus brillante UMP jamais découverte ! © ESO/Beletsky/DSS1 + DSS2 + 2MASS

Des étoiles de population III pourraient encore exister dans la Voie lactée

Le contenu en éléments lourds de 2MASS J18082002-5104378 est si faible que l'étoile doit être âgée de 13,5 milliards d'années environ ; de fait, elle est l'une des plus anciennes connues. Elle fait partie des étoiles qui se sont formées quasiment avec la matière initiale du Big Bang. Un peu surprenant puisqu'elle se trouve dans une orbite circulaire dans le plan mince de la Voie lactée alors que des étoiles UMP de ce genre se trouvent plutôt sur des étoiles sur des orbites inclinées par rapport au plan galactique. De fait, 2MASS J18082002-5104378 est l'UMP au plus faible contenu en éléments lourds connus dans le disque mince de la Voie lactée à défaut de l'étoile détenant le record dans la Galaxie.

Une équipe d'astronomes vient aujourd'hui d'annoncer via un article sur arXiv qu'elle était allée plus loin dans la caractérisation de 2MASS J18082002-5104378. Le compagnon de l'étoile principale 2MASS J18082002-5104378 A n'est pas un astre compact. C'est une étoile de faible masse baptisée comme il se doit, 2MASS J18082002-5104378 B ; sa masse est d'environ 0.10 masse solaire alors que 2MASS J18082002-5104378 A en contient environ 0.7.

2MASS J18082002-5104378 B est donc juste au-dessus de la masse nécessaire pour que débute la fusion de l'hydrogène mais surtout, cela a des conséquences sur la théorie de la naissance des toutes premières étoiles, celles dites « de population III ».

On sait que ces étoiles devaient être assez massives, trop justement, pour qu'elles puissent vraiment s'accompagner de la naissance d'étoiles de faibles masses dans un système binaire mais les simulations numériques laissaient une porte ouverte. La découverte de 2MASS J18082002-5104378 B laisse maintenant penser que des systèmes binaires, encore plus vieux mais contenant des étoiles de faibles masses originales, existent peut-être encore, en quantités non négligeables dans la Voie lactée et même, pas très loin du Soleil.

  • 2MASS J18082002–5104378 est une étoile binaire spectroscopique. Ses deux composantes ne se voient pas facilement mais on les détecte indirectement dans le spectre avec des raies décalées par effet Doppler.
  • Elle fait partie des UMP (ultra metal-poor star en anglais). Elle est, en outre, la plus brillante UMP jamais découverte. C'est une étoile si pauvre en éléments lourds qu'elle a dû se former il y a 13,5 milliards d'années donc, peu de temps après le Big Bang.
  • On sait aujourd'hui qu'elle contient une étoile de faible masse. Cela laisse penser que des étoiles de ce genre, encore plus vieilles, dites « de type III », pourraient exister encore dans la Voie lactée. C'est en tout cas la plus vielle UMP connue dans le disque fin de la Galaxie.
Pour en savoir plus

Record : une étoile âgée d'au moins 13,2 milliards d'années

Article de Laurent Sacco publié le 17/01/2013

Ce n'est pas la première fois que l'on découvre une étoile de la Voie lactée dont l'âge est presque celui de l'univers observable. Mais selon de récentes déclarations au cours du colloque de l'American Astronomical Society, l'âge de l'étoile HD 140283 est celui le mieux déterminé. Il serait de plus de 13,2 milliards d'années, ce qui fait de cette étoile la plus vieille connue à ce jour.

Le catalogue Henry Draper (HD) regroupe les données sur plus de 225.000 étoiles dont les magnitudes apparentes vont jusqu'à 9 environ. Établi au début du XXe siècle par l'astronome Annie Jump Cannon et ses collègues du Harvard College Observatory, il couvre presque toute la voûte céleste. Il tire son nom d'un pionnier de l'astrophotographie, qui fut le premier à obtenir un spectre stellaire, celui de Véga, en 1872.

À sa mort, sa veuve avait financé la réalisation de ce catalogue, par la suite largement utilisé par les astronomes. Voilà pourquoi plusieurs étoiles de la Voie lactée étudiées pour leurs exoplanètes sont référencées par les lettres HD, comme, par exemple, HD 10180 et HD 40307.

Extrait du documentaire Du Big bang au Vivant (www.dubigbangauvivant.com). Jean-Pierre Luminet parle de l'évolution des étoiles de type solaire, leur transformation en géantes rouges puis en naines blanches. © ECP Productions

HD 140283, une étoile de seconde génération

Aujourd'hui, le nom d'une étoile du catalogue de Draper occupe temporairement le devant de la scène : HD 140283. Elle est l'objet de diverses études depuis quelque temps et vient d'être placée sous les feux de l'actualité. Si l'on en croit une déclaration faite le 10 janvier 2012 par Howard Bond, un astronome de la Pennsylvania State University, lors du colloque de l'American Astronomical Society à Long Beach en Californie, on vient enfin de cerner son âge.

Située à seulement 190 années-lumière de la Terre (donc bien sûr dans la Voie lactée), HD 140283 aurait au moins 13,2 milliards d'années. Rappelons que selon la dernière estimation de l'âge de l'univers observable obtenue à l'aide du rayonnement fossile, celui-ci a 13,77 milliards d'années. On savait qu'elle était pauvre en éléments lourds et donc constituée presque exclusivement d'hydrogène et d'hélium, une preuve de son ancienneté étant donné que selon la théorie du Big Bang, ce sont de multiples générations d'étoiles qui font augmenter le taux de ces éléments lourds dans l'univers au cours du temps.

Dans cette vidéo, Jean-Pierre Luminet parle de la mort des étoiles massives, leur explosion en supernova et la formation de pulsars. © ECP Productions

En utilisant le télescope Hubble, la distance précise, et donc la magnitude réelle, d'HD 140283, ont pu être déterminées. Les astrophysiciens ont alors mis à profit le fait qu'une étoile de ce genre étant sur le point d'épuiser les réserves en hydrogène de son cœur, sa luminosité varie d'une façon caractéristique très sensible à son âge. Celui-ci a été évalué à 13,9 ± 0,7 milliards d'années. Ce qui indique un âge qui n'entre pas en conflit avec celui de WMap pour le cosmos.

HD 140283 est cependant trop riche en éléments lourds pour faire partie des toutes premières étoiles. Mais son âge indique que celles-ci sont apparues très tôt, quelques centaines de millions d'années après le Big Bang. Très massives, elles n'auraient vécu que quelques millions d'années avant d'exploser en supernova.

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