Depuis que les astronomes ont réalisé que l'Univers est en constante expansion et qu'une explosion massive a probablement commencé tout cela il y a 13,8 milliards d'années (le Big Bang), il y a eu des questions non résolues sur quand et comment les premières étoiles se sont formées. D'après les données recueillies par la sonde d'anisotropie hyperfréquence Wilkinson (WMAP) de la NASA et des missions similaires, cela se serait produit environ 100 millions d'années après le Big Bang.
Une grande partie des détails sur le fonctionnement de ce processus complexe sont restés un mystère. Cependant, de nouvelles preuves recueillies par une équipe dirigée par des chercheurs de l'Institut Max Planck d'astronomie indiquent que les premières étoiles doivent s'être formées assez rapidement. À l'aide des données des télescopes Magellan de l'observatoire de Las Campanas, l'équipe a observé un nuage de gaz où la formation d'étoiles avait lieu juste 850 millions d'années après le Big Bang.
L’étude qui a décrit leurs conclusions, récemment publiée dans le Journal astrophysique, était dirigé par Eduardo Bañados. Membre de la Carnegie Institution for Science à l'époque, Banados et ses collègues ont observé le nuage de gaz tout en effectuant des observations de suivi sur une enquête auprès de 15 des quasars les plus éloignés connus.
Cette enquête avait été préparée par Chiara Mazzucchelli, astronome de l'Observatoire européen austral (ESO) et co-auteur de l'étude, dans le cadre de son doctorat. recherche à l'Institut Max Planck d'astronomie. En examinant les spectres d'un quasar en particulier (P183 + 05), ils ont noté qu'il avait des caractéristiques plutôt particulières.
À l'aide des télescopes Magellan de 6,5 m de la Carnegie Institution à l'observatoire de Las Campanas au Chili, Banados et ses collègues ont reconnu les caractéristiques spectrales pour ce qu'elles étaient: un nuage de gaz à proximité qui était éclairé par le quasar. Les spectres leur ont également indiqué à quelle distance le nuage de gaz était éloigné de la Terre - à plus de 13 milliards d'années-lumière - ce qui en fait l'un des plus lointains jamais observés et identifiés par les astronomes.
De plus, ils ont trouvé des spectres qui indiquaient la présence de traces d'éléments comme le carbone, l'oxygène, le fer et le magnésium - chimiquement désignés comme «métaux» car ils sont plus lourds que l'hélium. De tels éléments ont été créés au début de l'Univers lorsque les premières générations d'étoiles (alias «population III») les ont libérées dans le cosmos après avoir atteint la fin de leur vie et explosé en supernovae.
Comme Michael Rauch, astronome de la Carnegie Institution of Science et co-auteur de la nouvelle étude, a déclaré:
"Après avoir été convaincus que [nous] regardions un tel gaz vierge seulement 850 millions d'années après le Big Bang, nous avons commencé à nous demander si ce système pouvait encore conserver les signatures chimiques produites par la toute première génération d'étoiles."
Trouver la première génération d'étoiles est depuis longtemps l'objectif des astronomes, car cela permettrait une compréhension plus complète de l'histoire de l'Univers. Au fil du temps, des éléments plus lourds que l'hydrogène ont joué un rôle clé dans la formation des étoiles, où la matière s'agglutine en raison de l'attraction mutuelle puis subit un effondrement gravitationnel.
Étant donné que seuls l'hydrogène et l'hélium auraient existé dans l'Univers après le Big Bang, la première génération d'étoiles n'avait pas ces éléments chimiques - ce qui les rend distincts de chaque génération qui a suivi. Il était donc surprenant de constater une relative abondance de ces éléments dans un nuage de gaz aussi précoce, qui était en fait comparable à ce que les astronomes voient aujourd'hui dans les nuages de gaz intergalactiques.
Ces observations posent un défi majeur aux théories conventionnelles sur la formation des premières étoiles de notre univers. Essentiellement, cela indique que la formation d'étoiles doit avoir commencé beaucoup plus tôt pour produire ces éléments chimiques. Sur la base d'études impliquant des supernovae de type Ia, on estime que les explosions nécessaires pour produire ces métaux avec l'abondance observée prendraient environ 1 milliard d'années.
En bref, les scientifiques ont peut-être perdu environ une génération en ce qui concerne la naissance des premières étoiles, ce qui implique qu'il pourrait y en avoir autour pendant les premiers éons de l'Univers. Cela signifie effectivement que les premières étoiles auraient dû se former assez rapidement à partir de la soupe primordiale d'hydrogène et d'hélium qui était le premier univers. Cette découverte pourrait avoir de sérieuses implications pour les théories sur l'évolution cosmique.
Comme l'a dit Bañados, l'objectif est maintenant de le confirmer en trouvant des nuages de gaz supplémentaires qui ont des abondances chimiques similaires:
«Il est passionnant de pouvoir mesurer la métallicité et les abondances chimiques si tôt dans l'histoire de l'univers, mais si nous voulons identifier les signatures des premières étoiles, nous devons sonder encore plus tôt dans l'histoire cosmique. Je suis optimiste que nous trouverons des nuages de gaz encore plus éloignés, ce qui pourrait nous aider à comprendre comment les premières étoiles sont nées. »
La relativité nous dit que l'espace et le temps sont deux expressions de la même réalité. Ergo, en regardant plus loin dans l'Univers, nous regardons aussi plus loin dans le temps. Ce faisant, les astronomes ont pu ajuster leurs modèles cosmologiques et leurs idées sur comment et quand tout a commencé. Sachant que les premières étoiles de l'Univers pourraient avoir leurs origines repoussées à une époque encore plus ancienne; eh bien, c'est juste une partie de la courbe d'apprentissage!
