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Sursauts gamma et premières étoiles (étoiles de population III)

Dossier - Sursaut gamma : une puissance colossale dans l'univers
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Les sursauts gamma sont peut-être les phénomènes les plus puissants de l'univers. De quoi s'agit-il exactement ? Pourquoi se déclenchent-ils ? Comment les détecter ? Futura lève le voile sur les sursauts gamma dans ce dossier.

  
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Comprendre l'enfance de l'univers est une chose bien ardue en raison des distances mises en jeu, et donc de l'incroyable faiblesse du signal laissé par les premiers astres. La tentation est alors très grande d'utiliser les phénomènes les plus énergétiques du cosmos, les sursauts gamma, pour en savoir plus. Les applications en cosmologie ne font en réalité que débuter, mais une des plus prometteuses est la recherche des toutes premières étoiles formées dans notre univers, la fameuse « population III ».

Les étoiles de population III sont très massives (plusieurs centaines de masses solaires) ; c'est leur fin rapide (seulement quelques millions d'années) qui aurait produit le premier enrichissement du milieu interstellaire. 

Les sursauts gamma nous permettront-ils de mieux comprendre la formation de l'univers ? Ont-ils un lien avec les toutes premières étoiles, appelées « étoiles de population III ». © Luis Fernández García, DP

Étoiles de population III, II et I

Les étoiles de population III auraient en effet synthétisé les éléments jusqu'au fer (le Big Bang a essentiellement formé de l'hydrogène et un peu d'hélium, les autres éléments étant synthétisés par la suite au cœur des étoiles des générations successives).

Les étoiles de population II se forment ensuite sur les « cendres » de ces premières étoiles. Le cycle se reproduit sur des milliards d'années pour qu'enfin la population I, dont le Soleil est un représentant, hérite des générations passées.

Comment les étoiles sont nées. La Une du Time du 27 août 2006.

À quand la découverte confirmée des premières étoiles ?

À ce jour, aucune étoile de population III n'a été découverte sans équivoque et leur existence est pour l'instant pure conjecture. Cependant, il faut bien qu'il y ait eu une première génération pour que les suivantes existent avec les propriétés qu'on leur connaît. Une des raisons probables de cette faille dans le recensement cosmique est qu'il s'agit d'étoiles à la fois très vieilles et à la durée de vie extrêmement courte : moins d'un million d'années.

Elles n'ont pas laissé de traces dans l'univers actuel et il est nécessaire de les rechercher à grand décalage spectral. Pour cela, il nous faudra soit des instruments extrêmement performants, comme le sera le James Webb Space Telescope (JWST), futur successeur du télescope spatial Hubble, soit (ou les deux bien sûr) observer des astres comme les sursauts gamma, qu'on espère détecter dans la décennie à venir jusqu'à des décalages vers le rouge de 10-15, et qui apparaissent donc comme des prétendants sérieux au titre. L'avantage extraordinaire de cette méthode sera alors de voir ces premières étoiles une par une !