Le télescope spatial Webb éclaire l’aube cosmique : traces possibles des premières étoiles formées dans les tout premiers instants de l’Univers.
Selon un groupe d’astronomes, le télescope spatial James Webb (JWST) pourrait avoir finalement observé la « première génération d’étoiles », qui s’est formée dans les tout premiers instants de l’Univers. Ces « étoiles primordiales », connues sous le nom de Population III ou Pop III, sembleraient résider dans une galaxie lointaine nommée LAP1-B, déjà scrutée avec le Webb.
Sa lumière, émise il y a plus de 13 milliards d’années, est arrivée jusqu’à nous, permettant de voir la galaxie telle qu’elle était lorsque l’Univers avait seulement 800 millions d’années.
La première fois. Selon le groupe dirigé par Eli Visbal (Université de Toledo), si confirmée, ce serait le premier détection directe des étoiles Pop III. « Pour les repérer, il fallait la sensibilité du Webb », a expliqué Visbal, « et aussi l’effet multiplicateur d’environ 100 fois dû à la lentille gravitationnelle d’un amas de galaxies situé entre nous et LAP1-B ».
Un regard sur les étoiles les plus anciennes. JWST observe LAP1-B au cours d’une période cruciale, dite l’ère de la réionisation, lorsque le rayonnement ultraviolet des premières étoiles commençait à ioniser le gaz neutre (hydrogène et hélium) présent à l’intérieur, marquant la fin de ce que l’on appelle l’âge sombre cosmique.
Les étoiles Pop III se seraient formées encore plus tôt, vers environ 200 millions d’années après le Big Bang, lorsque l’Univers s’était refroidi suffisamment pour permettre la formation des premiers atomes. Dans le modèle cosmologique standard, ces étoiles se seraient formées dans de petits amas de matière noire, qui auraient ensuite contribué à bâtir les étoiles primordiales et les galaxies.
L’étude. Visbal, qui a publié ses résultats dans Astrophysical Journal Letters, souligne que les étudier ne nous aide pas seulement à comprendre l’origine des galaxies, mais pourrait aussi donner des indices sur les propriétés de la matière sombre elle-même : différents modèles de matière sombre prédisent en effet des scénarios différents pour leur naissance.
Traces chimiques et masse. Les étoiles Pop III seraient caractérisées par une « métallicité très faible » (c’est une manière de décrire des étoiles formées presque uniquement d’hydrogène et d’hélium, avec très peu d’éléments plus lourds. En pratique : des étoiles « quasi pures », nées lorsque l’Univers était encore chimiquement jeune), parce qu’elles se sont formées à partir des premiers gaz présents dans l’Univers primordiale.
Cela les rendrait très différentes des étoiles modernes, riches en éléments plus lourds. Cette structure particulière permettrait à ces étoiles d’atteindre des masses énormes — jusqu’à 100 fois celle du Soleil ou plus — et de se regrouper en noyaux relativement petits.
Dans le cas de LAP1-B, l’équipe a détecté un gaz presque dépourvu de métaux et un noyau stellaire dont la masse totale se situe autour de quelques milliers de masses solaires.
Lente gravitationnelle comme « amplificateur ». Un point clé de la découverte est l’utilisation d’une « lentille gravitationnelle », un phénomène prédit par Einstein : l’amas de galaxies MACS J0416 agit comme une lentille, déformant et amplifiant le signal lumineux de LAP1-B. Cela a rendu visible pour Webb un objet qui autrement serait trop faible même pour ses capteurs, l’emmenant là où l’observation n’aurait jamais atteint.
Expliquant Visbal :« Les calculs suggèrent que des systèmes similaires — des étoiles Pop III derrière des lentilles gravitationnelles — ne seraient peut-être pas aussi rares qu’on le craignait ». Les chercheurs prévoient désormais de réaliser des simulations détaillées de la transition entre les étoiles Pop III et la génération suivante (Pop II), afin de vérifier si les modèles théoriques concordent avec le signal observé dans le spectre de LAP1-B et d’autres objets similaires.
