Communiqué de presse

Pas de place pour se cacher : Les étoiles primitives manquantes ont été découvertes en dehors de la Voie Lactée.

17 février 2010

Après avoir réussi à se cacher pendant des années, les étoiles primitives situées en dehors de notre Galaxie, la Voie Lactée, ont finalement été démasquées. De nouvelles observations, réalisées avec le très grand télescope (le VLT) de l’ESO, ont été utilisées pour résoudre un important puzzle astrophysique concernant les plus vieilles étoiles de notre environnement galactique – des informations cruciales pour notre compréhension des premières étoiles de l’Univers.

« En fait, nous avons trouvé un défaut dans les méthodes « médico-légales » utilisées jusqu’à maintenant, » déclare Else Starkenburg, premier auteur de l’article présentant cette étude. « Notre méthode perfectionnée nous permet de découvrir les étoiles primitives cachées parmi toutes les autres étoiles plus communes. »

On pense que les étoiles primitives ont été formées à partir de la matière qui s’est constituée très peu de temps après le Big Bang, il y a 13,7 milliards d’années. Leur quantité d’éléments chimiques plus lourds que l’hydrogène et l’hélium est généralement inférieure à un millième de ce que l’on trouve dans le Soleil et on les appelle des étoiles « extrêmement pauvres en métaux » [1]. Elles appartiennent à l’une des premières générations d’étoiles de notre Univers proche. De telles étoiles sont extrêmement rares et sont principalement observées dans la Voie Lactée.

Les cosmologistes pensent que les plus grandes galaxies comme la Voie Lactée se sont formées par la fusion de plus petites galaxies. La population d’étoiles pauvres en métaux ou étoiles « primitives » de notre Voie Lactée devrait déjà avoir été présente dans les galaxies naines à partir desquelles elle s’est formée et des populations similaires devraient exister dans d’autres galaxies naines. « Jusqu’à présent les preuves de leur présence ont été rares, » précise Giuseppina Battaglia, une des coauteurs de l’article. « Les grands sondages menés ces dernières années ont continué de montrer que les plus anciennes populations d’étoiles de la Voie Lactée et des galaxies naines ne correspondaient pas, ce qui n’était pas du tout prévu par les modèles cosmologiques. »

Les quantités d’éléments sont mesurées à partir des spectres qui fournissent les « empreintes digitales » chimiques des étoiles [2]. L’équipe « Dwarf galaxies Abundances and Radial-velocities » [3] a utilisé l’instrument FLAMES sur le VLT de l’ESO pour mesurer les spectres de plus de 2000 étoiles géantes individuelles situées dans quatre galaxies naines de notre environnement galactique : les galaxies du Fourneau, du Sculpteur, du Sextant et de la Carène. Etant donné que les galaxies naines sont généralement distantes de 300 000 années-lumière de la Terre – ce qui est environ trois fois la taille de la Voie Lactée – seules les principales caractéristiques ont pu être mesurées dans le spectre, comme sur une empreinte digitale vague et maculée. Cette équipe a trouvé qu’aucune empreinte digitale spectrale de leur grande collection ne semblait réellement appartenir à la classe d’étoiles qu’ils recherchaient – les rares étoiles « extrêmement pauvre en métaux » que l’on trouve dans la Voie Lactée.

Cette équipe d’astronomes pilotée par Else Starkenburg a maintenant éclairé d’un nouveau jour le problème grâce à de méticuleuses comparaisons de spectres avec des modèles simulés par ordinateur. Ils ont découvert que l’empreinte digitale chimique d’une étoile pauvre en métaux normale ne se distingue de celle d’une étoile  « extrêmement pauvre en métaux » que par une très faible différence, expliquant ainsi pourquoi les méthodes précédentes n’avaient pas réussi à les identifier.

Ils ont aussi confirmé le « nouveau » statut de plusieurs étoiles « extrêmement pauvres en métaux » grâce à des spectres beaucoup plus détaillés obtenus avec l’instrument UVES sur le VLT de l’ESO. « Par comparaison avec la vague empreinte digitale que nous avions avant, c’est comme si nous avions regardé l’empreinte digitale avec un microscope, » explique Vanessa Hill, une des membres de l’équipe. « Malheureusement, seul un petit nombre d’étoiles a pu être observé, car cela nécessite beaucoup de temps. »

« Parmi les nouvelles étoiles "extrêmement pauvres en métaux" découvertes dans ces galaxies naines, trois ont une quantité relative d’éléments chimiques lourds comprise entre 1/3000 et 1/10 000 de ce que l’on observe dans notre Soleil et l’une d’entre elles détient pour le moment le record de l’étoile la plus ancienne découverte en dehors de la Voie Lactée, » déclare Martin Tafelmeyer, un des membres de l’équipe.

« Notre travail n’a pas seulement permis de révéler quelques unes des très intéressantes premières étoiles de ces galaxies, il a également permis de mettre au point une nouvelle méthode, très efficace pour découvrir plus d’étoiles de ce type, » conclut Starkenburg. « A partir de maintenant, il ne reste plus d’endroit où se cacher dans ces galaxies ! »

Notes

[1] En astronomie, on appelle « métaux » tous les éléments autres que l’hydrogène et l’hélium. De tels métaux ont été créés par les multiples générations d’étoiles, excepté pour un tout petit nombre d’éléments chimiques légers.

[2] Comme le démontrent tous les arcs-en-ciel, la lumière blanche peut être décomposée en différentes couleurs. Les astronomes décomposent artificiellement la lumière des objets lointains qu’ils reçoivent dans ses différentes couleurs (ou longueurs d’onde). Toutefois, là où nous distinguons cinq ou six couleurs de l’arc-en-ciel, les astronomes obtiennent des centaines de couleurs finement nuancées, produisant un spectre – un enregistrement des différentes quantités de lumière émises par un objet dans chaque bande étroite de couleur. Les détails du spectre – plus de lumière émise dans certaines couleurs et moins dans d’autres – fournissent des informations sur la composition chimique de la matière produisant la lumière.

[3] Les membres de l’équipe appelée la « Dwarf galaxies Abundances and Radial-velocities Team» (DART) proviennent d’Instituts situés dans neuf pays différents.

Plus d'informations

Cette recherche a été présentée dans un article publié dans la revue Astronomy and Astrophysics (“The NIR Ca II triplet at low metallicity” E. Starkenburg et al.). Un autre article (Tafelmeyer et al.) présentant les mesures effectuées sur plusieurs étoiles primitives avec l’instrument UVES est également en préparation.

L’équipe est composée d’Else Starkenburg, Eline Tolstoy, Amina Helmi et Thomas de Boer (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Hollande), Vanessa Hill (Laboratoire Cassiopée, Université de Nice Sophia Antipolis, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, France), Jonay I. González Hernández (Observatoire de Paris, CNRS, Meudon, France et Universidad Complutense de Madrid, Espagne), Mike Irwin (University of Cambridge, Royaume Uni), Giuseppina Battaglia (ESO), Pascale Jablonka et Martin Tafelmeyer (Université de Genève, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suisse), Matthew Shetrone (University of Texas, McDonald Observatory, USA), and Kim Venn (University of Victoria, Canada).

L’ESO - l’Observatoire Européen Austral - est la première organisation intergouvernementale pour l’astronomie en Europe et l’observatoire astronomique le plus productif au monde. L’ESO est soutenu par 14 pays : l’Allemagne, l’Autriche, la Belgique, le Danemark, l’Espagne, la Finlande, la France, l’Italie, les Pays-Bas, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L’ESO conduit d’ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l’astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d’importantes découvertes scientifiques. L’ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l’organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L’ESO gère trois sites d’observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. A Paranal, l’ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l’observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et VISTA, le plus grand télescope pour les grands relevés. L’ESO est le partenaire européen d’ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L’ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d’un télescope européen géant – l’E-ELT- qui disposera d’un miroir primaire de 42 mètres de diamètre et observera dans le visible et le proche infrarouge. L’E-ELT sera « l’œil tourné vers le ciel » le plus grand au monde.

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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso1007.