A la recherche des cendres des premières étoiles
De récentes observations du Hubble Space Telescope suggèrent que les premières étoiles se sont formées au cours des 200 millions d'années qui ont suivi le Big Bang. C'est bien plus tôt que ce qu'on envisageait auparavant.
Les astronomes ont observé de grandes quantités de fer dans la lumière ultra-éclatante qui provient de quasars lointains et anciens. Ce fer constitue la trace des "poussières" laissées par les explosions de supernovae dans la première génération d'étoiles.
Nous ne savons pas exactement comment et quand les galaxies, les étoiles et, éventuellement, les planètes ont pris forme au tout début de l'Univers. Les astronomes remontent dans le temps jusqu'à ces premières années en observant des objets si éloignés que leur lumière prend milliers de millions d'années pour parvenir jusqu'à la Terre. Ces objets fournissent des indications sur les conditions de l'Univers à ses débuts.
Les étoiles sont des centrales nucléaires qui traitent les éléments les plus légers comme l'hydrogène et l'hélium pour en faire des éléments plus lourds, tels que l'azote, le carbone, finalement du fer. De nouvelles observations grâce au Hubble Space Telescope de la NASA et de l'ESA montrent des concentrations massives de fer dans les quasars très distants et lointains. Ce qui repousse l'ère des toutes premières étoiles dans l'Univers jusque dans les 200 millions d'années qui ont suivi le Big Bang (ce qui correspond à un "redshift" ou décalage vers le rouge d'environ 20). Ce qui est beaucoup plus tôt que ce qu'on pensait précédemment. Ce constat correspond aux résultats qu'on a récemment acquis sur les origines de l'Univers avec le satellite Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) de la NASA (observatoire de cosmologie en service depuis le 1er octobre 2001 au point Lagrange L2 à 1,5 million de km)
En octobre 2002, une équipe dirigée par Wolfram Freudling a utilisé l'instrument dans l'infrarouge de l'observatoire Hubble, le NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph) pour étudier trois des quasars les plus lointains connus çà ce jour (« redshift » 5.78-6.28). La lumière provenant de ces trois quasars a mis 12.8 milliards d'années avant d'être perçu par le spectrographe de Hubble. Il a situé les quasars 900 millions d'années après le Big Bang. Les spectres montrent des signes évidents de quantités importantes de fer. C'est la première fois qu'on découvrait une telle présence dans la première génération d'étoiles.
Wolfram Freudling explique: "Le fer est un bon indicateur de l'état de l'évolution d'un quasar. Cet élément n'est pas créé lors du Big Bang, mais plus tard dans les étoiles. Celles-ci doivent prendre forme, puis consomment leur combustible et explosent avant que le fer puisse être détect. Ce processus prend du temps, de 600 à 800 millions d'années. Nous pensons que le fer que Hubble a détecté s'est créé dans la toute première génération d'étoiles qui se sont formées dès après le Big Bang."
Le fait que Hubble évolue au-dessus de l'atmosphère permet de détecter le rayonnement spectral infrarouge qui inclut la signature du fer dans les 1,6-1,7 microns. Cette bande du spectre est absorbée par l'atmosphère terrestre, donc inaccessible pour les télescopes terrestres. La détection du fer dans les premiers temps de l'histoire de l'Univers a un impact certain. "La présence de fer et, liés à celui-ci, d'autres éléments plus légers montre que les ingrédients de base pour les planètes et pour la vie étaient présent, au moins à certains endroits, très tôt dans l'Histoire de l'Univers. C'est beaucoup plus tôt que la formation de la Terre elle-même qui remonte à 4,6 milliards d'années", dit Michael Corbin, un membre du team.
Ces résultats suggèrent par ailleurs que les premières étoiles se sont formées avant que prennent forme les trous noirs super-massifs qui constituent les moteurs de quasars au centre de galaxies. D'autres observations que les premiers moteurs de quasar ont démarré lentement dans les 900 millions d'années qui ont suivi le Big Bang. Les premières étoiles sembleraient dès lors les précéder de plusieurs centaines de millions d'années. La formation des trous noirs eux-mêmes reste encore un mystère, mais la date de naissance des premières étoiles peut s'avérer être un indice très précieux.
