Cosmic Oddity: Rare Second-Gen Star Found Beyond the Milky Way

La première génération d’étoiles a fondamentalement changé l’univers en fusionnant des éléments simples comme l’hydrogène et l’hélium en éléments plus complexes dans leur noyau, dispersant ces éléments dans l’espace après leur mort – des éléments qui font désormais partie de la Terre et des êtres vivants. Récemment, des scientifiques ont découvert une étoile de deuxième génération dans une autre galaxie, offrant des informations uniques sur les premiers processus de formation élémentaire dans les galaxies au-delà de la Voie lactée.

L’univers a été changé à jamais par la première génération d’étoiles. Dans leur noyau, l’hydrogène et l’hélium de base ont fusionné en un ensemble diversifié d’éléments. Lorsque ces étoiles ont connu leur fin, elles ont explosé, dispersant ces nouveaux éléments dans tout le cosmos. Le fer dans vos veines, le calcium dans vos dents et le sodium qui alimente vos pensées sont tous nés au cœur d’une étoile morte depuis longtemps.

Personne n’a été en mesure de trouver une de ces étoiles de la première génération, mais les scientifiques ont annoncé une découverte unique : une étoile de la deuxième génération qui s’est formée à l’origine dans une galaxie différente de la nôtre.

« Cette étoile offre une fenêtre unique sur le processus de formation des éléments très précoce dans les galaxies autres que la nôtre », a déclaré Anirudh Chiti, chercheur postdoctoral à l’Université de Chicago et premier auteur d’un article annonçant les résultats. « Nous avons une idée de ce à quoi ressemblent ces étoiles enrichies chimiquement par les premières étoiles de la Voie lactée, mais nous ne savons pas encore si certaines de ces signatures sont uniques ou si les choses se sont produites de la même manière dans d’autres galaxies. »

L’article a été récemment publié dans Nature Astronomy.

Chiti est spécialisé dans ce qu’on appelle l’archéologie stellaire : reconstituer comment les premières générations d’étoiles ont changé l’univers. « Nous voulons comprendre quelles étaient les propriétés de ces premières étoiles et quels étaient les éléments qu’elles ont produits », a déclaré Chiti.

Mais personne n’a encore réussi à voir directement ces étoiles de première génération, s’il en reste dans l’univers. Au lieu de cela, Chiti et ses collègues recherchent des étoiles qui se sont formées à partir des cendres de cette première génération.

Le Grand Nuage de Magellan, une galaxie qui est tombée dans la nôtre il y a des milliards d’années, pourrait nous aider à comprendre comment l’univers a évolué dans d’autres régions. Ci-dessus, des images du Nuage prises en lumière infrarouge. Crédit : NASA/JPL

C’est un travail difficile, car même la deuxième génération d’étoiles est désormais incroyablement ancienne et rare. La plupart des étoiles de l’univers, y compris notre propre soleil, sont le résultat de dizaines à des milliers de générations, accumulant de plus en plus d’éléments lourds à chaque fois. « Peut-être moins d’une étoile sur 100 000 dans la Voie lactée est une de ces étoiles de deuxième génération », a-t-il déclaré. « C’est vraiment comme pêcher des aiguilles dans des bottes de foin. »

Mais cela vaut la peine d’obtenir des instantanés de ce à quoi ressemblait l’univers à une époque révolue. « Dans leurs couches externes, ces étoiles préservent les éléments près de l’endroit où elles se sont formées », a-t-il expliqué. « Si vous pouvez trouver une étoile très ancienne et obtenir sa composition chimique, vous pouvez comprendre à quoi ressemblait la composition chimique de l’univers là où cette étoile s’est formée, il y a des milliards d’années. »

Pour cette étude, Chiti et ses collègues ont braqué leurs télescopes sur une cible inhabituelle : les étoiles qui composent le Grand Nuage de Magellan.

Le Grand Nuage de Magellan est une bande brillante d’étoiles visibles à l’œil nu dans l’hémisphère sud. Nous pensons maintenant qu’il s’agissait autrefois d’une galaxie distincte qui a été capturée par la gravité de la Voie lactée il y a quelques milliards d’années seulement. Cela le rend particulièrement intéressant car ses étoiles les plus anciennes se sont formées en dehors de la Voie lactée, ce qui donne aux astronomes l’occasion de savoir si les conditions dans l’univers primitif étaient toutes les mêmes ou différentes dans d’autres endroits.

Les télescopes Magellan de l’observatoire de Las Campanas au Chili, que les scientifiques ont utilisés pour cartographier le profil élémentaire des étoiles anciennes. Crédit : Carnegie Institution for Science

Les scientifiques ont recherché des preuves de ces étoiles particulièrement anciennes dans le Grand Nuage de Magellan et en ont répertorié dix, d’abord avec le satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne, puis avec le télescope Magellan au Chili.

L’une de ces étoiles est immédiatement apparue comme une bizarrerie. Elle contenait beaucoup, beaucoup moins d’éléments lourds que n’importe quelle autre étoile observée jusqu’à présent dans le Grand Nuage de Magellan. Cela signifie qu’elle s’est probablement formée dans le sillage de la première génération d’étoiles, elle n’avait donc pas encore accumulé d’éléments lourds au cours des naissances et des morts répétées d’étoiles.

En cartographiant ses éléments, les scientifiques ont été surpris de voir qu’elle contenait beaucoup moins de carbone que de fer par rapport à ce que nous voyons dans les étoiles de la Voie lactée.

« C’était très intrigant, et cela suggère que l’enrichissement en carbone de la première génération, comme nous le voyons dans la Voie lactée, n’était peut-être pas universel », a déclaré Chiti. « Nous devrons faire d’autres études, mais cela suggère qu’il existe des différences d’un endroit à l’autre.

« Je pense que nous complétons le tableau de ce à quoi ressemblait le processus d’enrichissement en éléments primitifs dans différents environnements », a-t-il déclaré.