Une autre étoile ancienne a été découverte dans la Voie lactée. À environ 35 000 années-lumière de nous, une étoile géante rouge nommée SMSS J160540.18-144323.1 présente la plus faible teneur en fer de toutes les étoiles analysées dans la galaxie.
Cela signifie qu’il s’agit de l’une des étoiles les plus anciennes de l’Univers, appartenant probablement à la deuxième génération d’étoiles après l’éclatement de l’Univers il y a 13,8 milliards d’années.
“Cette étoile incroyablement anémique, qui s’est probablement formée quelques centaines de millions d’années seulement après le Big Bang, présente des niveaux de fer 1,5 million de fois inférieurs à ceux du Soleil”, a expliqué l’astronome Thomas Nordlander du Centre d’excellence ARC pour l’astrophysique dans tout le ciel en 3 dimensions et de l’Université nationale australienne.
“C’est comme une goutte d’eau dans une piscine olympique”
C’est ainsi que nous pouvons déterminer l’âge de l’étoile, car l’Univers primitif ne comportait aucun métal. Les premières étoiles étaient principalement composées d’hydrogène et d’hélium, et on pensait qu’elles étaient très massives, très chaudes et très éphémères. Ces étoiles sont appelées Population III, et nous ne les avons jamais vues.
Les étoiles sont “alimentées” par la fusion nucléaire, qui consiste à combiner les noyaux atomiques des éléments les plus légers pour créer des éléments plus lourds. Dans les petites étoiles, il s’agit principalement de la fusion de l’hydrogène en hélium. Mais dans les étoiles de plus grande taille – comme celles de la population III – des éléments allant jusqu’au silicium et au fer peuvent être forgés.
Lorsque ces étoiles terminent leur vie dans de spectaculaires explosions de supernova, elles rejettent ces éléments dans l’Univers. Lorsque de nouvelles étoiles se forment, les éléments sont happés par elles. Ainsi, la quantité de métal que contient une étoile est un indicateur fiable de sa date de formation.
Par exemple, nous savons que le Soleil est à plusieurs – peut-être 100 – générations du Big Bang, d’après la métallicité de notre étoile.
Mais nous avons trouvé d’autres étoiles dans la Voie lactée dont la métallicité est faible, ce qui indique une origine précoce de l’Univers. L’un de ces objets est l’étoile 2MASS J18082002-5104378 B, qui détient le record de la plus faible teneur en fer avec [Fe/H] = -4,07 ± 0,07 – environ 11 750 fois moins métallique que le Soleil.
Mais SMSS J160540.18-144323.1 est à [Fe/H] = -6,2 ± 0,2. Comme le dit Nordlander, c’est environ 1,5 million de fois moins métallique.
Il est peu probable que des étoiles de population III aient survécu assez longtemps pour que nous puissions les étudier. Mais grâce aux étoiles qui les ont suivies, leur histoire peut être élucidée.
Les chercheurs pensent que l’étoile qui a donné son fer à SMSS J160540.18-144323.1 avait une masse relativement faible pour les débuts de l’Univers, environ 10 fois la masse du Soleil. Cette masse est suffisante pour produire une étoile à neutrons et, après une supernova relativement faible, l’équipe pense que c’est ce qu’elle a fait.
L’explosion d’une supernova peut déclencher un processus rapide de capture des neutrons, ou processus r. Il s’agit d’une série de réactions nucléaires dans une étoile à neutrons. Il s’agit d’une série de réactions nucléaires dans lesquelles les noyaux atomiques entrent en collision avec des neutrons pour synthétiser des éléments plus lourds que le fer.
Il n’y avait aucune preuve significative de la présence de ces éléments dans l’étoile, ce qui pourrait signifier que ces éléments ont été capturés par l’étoile à neutrons nouvellement morte. Mais suffisamment de fer s’est échappé pour être incorporé dans la formation de SMSS J160540.18-144323.1.
C’était probablement l’un des tout premiers membres de cette seconde génération d’étoiles.
Et elle est en train de mourir. Il s’agit d’une géante rouge, ce qui signifie que l’étoile est à la fin de sa vie, utilisant le dernier de ses atomes d’hydrogène avant de passer à la fusion de l’hélium.
L’équipe pense qu’en l’étudiant de plus près, on pourrait obtenir encore plus d’informations sur les étoiles de population III. Mais imaginez les histoires qu’elle pourrait raconter si elle pouvait parler.
La recherche a été publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Note de la rédaction (7 août 2019) : Une version précédente de cet article indiquait par erreur que le Soleil est à 100 000 générations du Big Bang. En réalité, on pense qu’il est à environ 100 générations. Nous nous excusons pour cette erreur et l’avons maintenant modifiée.