L'étoile la plus lointaine jamais observée a été découverte

Détectée dans une galaxie qui existait seulement 900 millions d’années après le Big Bang, l’étoile Earendel pourrait nous permettre d’en apprendre davantage sur une période encore méconnue de l’histoire de notre univers.

En utilisant le télescope spatial Hubble, des astronomes ont observé ce qu’ils pensent être une étoile individuelle dans une galaxie lointaine, très lointaine : l’étoile la plus éloignée et la plus primordiale jamais observée.

« C’est de loin l’étoile la plus éloignée jamais vue », affirme Jane Rigby de la NASA, co-autrice de l’article qui décrit cette découverte et qui a été publié dans la revue scientifique Nature. « Il s’agira de notre plus grande opportunité d’étudier comment était une étoile massive au début de notre univers. »

L’étoile a été surnommée Earendel, d’après le nom en vieil anglais pour « étoile du matin » ou « lumière montante ». Elle ne date que de 900 millions d’années après le Big Bang. La précédente détentrice du record, surnommée Icarus, existait environ 4,3 milliards d’années après cet événement pour le moins explosif. Cela signifie que Earendel existait peu de temps après que l’univers naissant a émergé d’une ère d’obscurité, lorsque certaines des premières galaxies étaient en plein développement.

Les scientifiques estiment qu’Earendel est au moins cinquante fois plus massive que notre Soleil, mais il se pourrait qu’il s’agisse d’une paire d’étoiles binaires plutôt que d’une seule étoile. Des observations de suivi seront effectuées par le biais du télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA, ce qui devrait aider à confirmer si l’objet est bien une étoile, ou s’il s’agit de quelque chose de totalement différent.

« Cette interprétation est passionnante, et j’adorerais qu’elle soit confirmée », confie l’astronome Katherine Whitaker de l’université du Massachusetts à Amherst, qui ne fait pas partie de l’équipe qui a fait cette découverte. « C’est le genre de choses que j’aimerais que l’on découvre plus souvent, et j’ai hâte de voir ce que montreront leurs observations de suivi. »

UNE LOUPE AMPLIFIANTE COSMIQUE

Étudier l’univers lointain, c’est comme regarder dans le passé. En raison du temps nécessaire à la lumière pour traverser le cosmos, les scientifiques voient les étoiles et les galaxies extrêmement lointaines telles qu’elles apparaissaient il y a des millions voire des milliards d’années, lorsque ces objets émettaient la lumière que les télescopes captent aujourd’hui. Outre le déploiement de télescopes plus perfectionnés, les scientifiques ont mis au point des moyens de plus en plus ingénieux pour explorer les confins de l’espace et du temps.

Pour cette observation, les astronomes ont utilisé Hubble pour scruter l’univers primitif en dirigeant le télescope vers un amas extrêmement massif de galaxies appelé WHL0137-08. Les amas de ce type sont si massifs que leur gravité tord et déforme la lumière environnante, grossissant parfois les objets de fond : ce phénomène est connu comme l’effet de lentille gravitationnelle.

Depuis une dizaine d’années, le Reionization Lensing Cluster Survey a utilisé quarante-et-une de ces lentilles cosmiques afin de chercher des objets agrandis qui existaient lorsque les premières lumières de l’univers commençaient à peine à s’allumer. En utilisant cette technique, les scientifiques ont découvert des étoiles, galaxies, supernovas et d’autres objets extrêmement lumineux que l’on appelle des quasars, tous très lointains.

Lorsque que l’on observe des galaxies de cette manière, la lumière est déformée en un arc caractéristique. C’est l’une de ces galaxies agrandies, que l’on surnomme désormais Sunrise Arc, qui abrite l’étoile Earendel.

« La galaxie dans laquelle se trouve l’étoile est gravitationnellement déformée en un arc long, mince et en forme de croissant », explique l’auteur principal de l’étude, Brian Welch, de l’université Johns-Hopkins dans le Maryland. « Cet arc étiré était le plus long que nous ayons vu à une aussi grande distance – il datait du premier milliard d’années de l’univers. »

UNE ÉTOILE DANS L’ARC

Même si les astronomes savaient que Sunrise Arc serait une galaxie intéressante à étudier, ils n’avaient aucune idée de ce qu’ils y trouveraient exactement. Welch, un doctorant, s’est vu confier la mission de découvrir ce qui pouvait se cacher à l’intérieur de cette galaxie. En passant au crible toutes les observations, lui et ses collègues se sont rendu compte qu’une partie de l’arc était particulièrement agrandie, et qu’elle contenait peut-être une image floue d’une seule étoile.

Welch et son équipe ont calculé que l’objet avait été agrandi plusieurs milliers de fois, ce qui signifie qu’il était beaucoup plus petit que les plus petits amas d’étoiles jamais observés à ce moment-là. Malgré cette « petite » taille, d’autres calculs ont révélé que l’objet – Earendel – faisait au moins cinquante fois la masse du Soleil.

« Elle est un million à dix millions de fois plus brillante que le Soleil, donc ça doit être un monstre, mais un monstre de quelle taille ? » dit Rigby. « Nous ne savons pas de quel genre d’étoile il s’agit. »

Earendel vivait dans un univers très différent de celui que nous connaissons : un cosmos encore secoué par les agitations de son éclatante naissance. À ses débuts, l’univers était majoritairement sombre : aucune étoile ni galaxie ne le composait, juste une mer grandissante de gaz d’hydrogène qui se refroidissait lentement. Après environ un demi-milliard d’années, les lumières ont fini par s’allumer. Les premières étoiles ont émergé de ce gaz et se sont regroupées afin de former des galaxies, et des trous noirs se formaient également au milieu de toute cette activité. L’âge sombre du cosmos avait pris fin.

Au début, la lumière des étoiles ne pouvait cependant pas voyager facilement à travers la mer de brouillard d’hydrogène neutre. Au lieu de cela, elle était surtout renvoyée et dispersée. Ce voile a fini par se lever, entamant une période connue sous le nom d’époque de réionisation : selon Rigby, le rayonnement ultraviolet émis par la mort violente des jeunes étoiles a fait disparaître ce brouillard opaque, permettant à la lumière des étoiles de voyager librement dans le cosmos.

Selon les scientifiques, une génération antérieure d’étoiles massives, peut-être similaires à Earendel, pourraient être à l’origine de cette transformation.

Les observations de suivi effectuées grâce au tout nouvel observatoire spatial de la NASA, le télescope spatial James Webb, permettront à l’équipe de mieux mesurer la température et la luminosité d’Earendel. Les astronomes seront également en mesure de recenser les éléments chimiques présents dans l’étoile et dans la galaxie. Si Earendel s’avère être autre chose qu’une étoile, comme un petit trou noir entouré d’un disque tourbillonnant de gaz et de poussière lumineux, le JWST devrait aider à le découvrir.

Mais Welch et ses collègues ont bon espoir de voir leur conclusion initiale se confirmer. Selon Rigby, la géante détectée dans Sunrise Arc représenterait la meilleure opportunité à ce jour d’étudier une étoile d’une époque aussi ancienne de l’histoire du cosmos.

« Nous ne sommes pas allés chercher l’étoile la plus lointaine possible volontairement, c’est une chose sur laquelle nous sommes tombés par hasard », explique Welch. « Seules quelques générations d’étoiles ont pu exister avant [Earendel] », ajoute-t-il. « Elle pourrait avoir un aspect très différent de celui des étoiles que nous voyons dans notre univers, donc la possibilité d’en étudier une en détail est vraiment, vraiment palpitante. »