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.
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Actuellement, lorsqu'une étoileétoile se forme par effondrementeffondrement d'un nuagenuage moléculaire, la présence de poussières silicatées et carbonées fait perdre de l'énergieénergie sous forme de rayonnement infrarougeinfrarouge. En se refroidissant, le nuage peut alors poursuivre sa contraction pour former une proto-étoileproto-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'UniversUnivers ont-elles pu s'allumer ?

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

Toutefois, lorsque les astronomesastronomes 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 bangbig 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 quasarsquasars pouvait également constituer une source possible pour cette poussière primordiale. Il y a quelque temps, d'ailleurs, le satellite SpitzerSpitzer 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

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 supernovasupernova proche : Cassiopée A.

C'est plus de 10.000 fois la massemasse de la TerreTerre en poussières qui vient d'être détectée dans la nébuleusenébuleuse laissée par l'explosion.

On pourrait bien sûr émettre l'hypothèse qu'il s'agit juste de la masse des planètes telluriquesplanètes telluriques qui orbitaient peut-être autour de l'étoile, avant sa transformation en supernova. Mais les proportions d'oxyde de ferfer, de dioxyde de siliciumsilicium, de carbonecarbone, d'oxyde d'aluminiumoxyde d'aluminium et même de pyroxène détectées par Spitzer sont exactement celles que l'on prédit à partir du refroidissement du gazgaz 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

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 sombresâges sombres.