Découverte d'une étoile survivante des premiers âges de l'Univers

Les astrophysiciens ont plusieurs méthodes pour étudier les premiers âges de l'univers. Ils peuvent étudier les galaxies les plus lointaines qui sont aussi les plus jeunes et les observer alors qu'elles sont en train de s'assembler. Ils peuvent aussi chercher et examiner les étoiles les plus anciennes de notre propre galaxie, la Voie Lactée. C'est la voie de cette véritable archéologie Galactique que poursuit la collaboration "Pristine" dirigée par Nicolas Martin (Observatoire astronomique de Strasbourg, CNRS/INSU, Université de Strasbourg) et Else Starkenburg (AI Potsdam) et à laquelle participe plusieurs chercheurs de l'Observatoire de la Côte d'Azur (Vanessa Hill, Mathias Schultheis et Georges Kordopatis de l'UMR Lagrange CNRS-UNS-OCA).

Au cours de leur vie, les réactions thermonucléaires qui ont lieu au centre de toutes les étoiles créent des éléments lourds que l'hélium (du carbone, de l'oxygène, du calcium, du fer, …) à partir de l'hydrogène et de l'hélium qui composent la très grande majorité de leur gaz. Quand elles explosent à la fin de leur vie, elles enrichissent avec ces éléments le gaz interstellaire qui servira de pouponnière à la prochaine génération d'étoiles. C'est pourquoi l'atmosphère de notre Soleil, une étoile relativement jeune, a environ 2% de son atmosphère qui est composé d'éléments lourds. Au contraire, les étoiles très anciennes qui ont été formées très tôt se caractérisent donc par leur faible quantité d'éléments lourds. Elles sont aussi extrêmement rares et extrêmement difficile à trouver dans nos environs cosmiques.

 «Pristine_221.8781+9.7844 and its surroundings. Credits: N. Martin and the Pristine collaboration, DECam Legacy Survey, Aladin Sky Atlas.»

C'est une telle étoile que l'équipe "Pristine" a mis en évidence grace à une nouvelle cartographie du ciel effectuée avec le Télescope Canada-France-Hawaï, situé à Hawaï. Cette cartographie, qui se concentrent sur une petite région de l'ultra-violet, permet d'isoler efficement les étoiles qui sont très peu polluées en éléments lourds. On estime que, dans le voisinage solaire, moins d'une étoile sur 1,000,000 est aussi pauvre en éléments lourds que celle qui vient d'être découverte. Un suivi avec les spectrographes de l'Isaac Newton Group, en Espagne, et de l'Observatoire Européen Austral, au Chili, a permis de confirmer que l'étoile Pristine_221.8781+9.7844 est quasiment vierge d'éléments lourds, dont les quantités sont 10,000 à 100,000 fois inférieures à celles mesurées dans l'atmosphère de notre Soleil.

«The spectrum observed with the William Herschel Telescope on La Palma for Pristine_221.8781+9.7844, compared to the spectrum of the Sun.
As can be seen, the spectrum of Pristine_221.8781+9.7844 contains far fewer feature.
Only hydrogen (the large dips) and a small amount of Calcium (the small dip) can be seen in the spectrum of Pristine_221.8781+9.7844.
This tells us that the star is ultra metal-poor, it has an unusual lack of heavy elements in its atmosphere,
which means that it belongs to an early generation of stars formed in the Galaxy. Credits: E. Starkenburg and the Pristine collaboration.»

Cette étoile, dont l'analyse est présentée dans un article des Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, apporte des contraintes bienvenues sur les modèles de formation des premières étoiles et ouvre une fenêtre sur une époque encore peu connue. La découverte de Pristine_221.8781+9.7844 dès le début du projet «Pristine» laisse aussi présager d'une moisson de telles étoiles anciennes dans les années à venir.

Contact : Vanessa Hill, Vanessa.Hill@oca.eu, UMR Lagrange (CNRS-UNS-OCA).