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Les supernovae auraient produit les premières poussières de l'Univers

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Pourquoi, quelques centaines de millions d'années après sa naissance,  l'Univers était-il déjà si riche en poussières ? D'après le télescope spatial Spitzer, la réponse à cette question se trouverait dans les toutes premières supernovae.

Gros plan sur la nébuleuse Cassiopée A laissée il y a environ 300 ans par l'explosion d'une étoile située à 11.000 années-lumière. Crédit : Nasa/JPL-Caltech

Actuellement, lorsqu'une étoile se forme par effondrement d'un nuage moléculaire, la présence de poussières silicatées et carbonées fait perdre de l'énergie sous forme de rayonnement infrarouge. En se refroidissant, le nuage peut alors poursuivre sa contraction pour former une proto-étoile et un disque planétaire. Ces poussières étant normalement produites par des étoiles âgées, en fin de vie, comment les toutes premières étoiles de l'Univers ont-elles pu s'allumer ?

Pour résoudre cette énigme, qui tient de celle de l'œuf et de la poule, les astrophysiciens ont fait appel à d'hypothétiques étoiles géantes, dites étoiles de population III, qui auraient pu se former dans les conditions particulières des premiers âges du cosmos.

Toutefois, lorsque les astronomes ont mieux compris la composition de l'Univers quelques centaines de millions d'années après sa naissance, il est apparu que celui-ci était déjà anormalement riche en poussières. Certains s'en sont d'ailleurs servis pour affirmer que la théorie du big bang devait être fausse car les étoiles n'auraient pas disposé d'assez de temps pour atteindre le stade de leur évolution où la production  de poussières devenait possible.

Ce à quoi il avait été répondu que les supernovae pouvaient peut-être produire de la poussière au bout de quelques millions d'année seulement. De même, l'environnement des trous noirs à l'origine des quasars pouvait également constituer une source possible pour cette poussière primordiale. Il y a quelque temps, d'ailleurs, le satellite Spitzer apportait la preuve que ces derniers en étaient effectivement capables.

Une série d'images donnée par Spitzer de la nébuleuse de Cassiopée A. Le télescope a détecté de l'argon, du silicium et de la poussière contenant de l'oxyde de fer, du dioxyde de silicium et des proto-silicates. L'image en haut à gauche est une image composite montrant ces différents composants dans le gaz de la nébuleuse. Cliquez pour agrandir

Un générateur de poussières géant

Restait le problème des supernovae. Pouvaient-elles en synthétiser et surtout en synthétiser assez ? La réponse à la première question est oui, d'après les mesures effectuées là aussi par Spitzer, mais concernant les restes d'une supernova proche : Cassiopée A.

C'est plus de 10.000 fois la masse de la Terre en poussières qui vient d'être détectée dans la nébuleuse laissée par l'explosion.

On pourrait bien sûr émettre l'hypothèse qu'il s'agit juste de la masse des planètes telluriques qui orbitaient peut-être autour de l'étoile, avant sa transformation en supernova. Mais les proportions d'oxyde de fer, de dioxyde de silicium, de carbone, d'oxyde d'aluminium et même de pyroxène détectées par Spitzer sont exactement celles que l'on prédit à partir du refroidissement du gaz éjecté par la supernova de Cassiopée A. Il s'agit donc bien de poussières fraîchement synthétisées.

Les différents éléments et molécules dans la nébuleuse de Cassiopée A n'ont pas échappé au regard infrarouge de Spitzer. Le spectre du gaz trahit la présence de néon, d'argon, de fer et de soufre par exemple. Cliquez pour agrandir

D'après les astrophysiciens, cela permettrait donc bien d'expliquer l'origine d'une part importante de la poussière présente dans l'Univers primitif.  Prudents, les chercheurs n'écartent pas pour autant les autres causes déjà envisagées. L'étude d'autres supernovae ou la détection de poussière plus froide que celle que l'on peut observer actuellement pourraient remettre en selle l'hypothèse des étoiles de population III pour résoudre complètement l'énigme de la richesse en poussières de l'Univers juste après la fin des âges sombres.

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