Nous ne comprenons pas tout à fait à quoi ressemblaient les premières étoiles de l’Univers. Nous savons qu’ils ont dû se former à partir d’hydrogène et d’hélium puisque la plupart des éléments plus lourds n’ont été produits qu’après la formation des étoiles. Et nous savons que l’absence de ces éléments plus lourds a changé la dynamique de la formation des étoiles d’une manière qui signifiait que les premières étoiles devaient être très grandes. Mais quelle taille reste une question sans réponse.

Maintenant, les chercheurs annoncent qu’ils pourraient être un pas de plus vers l’observation directe de l’une de ces étoiles. Grâce à un alignement fortuit entre une étoile lointaine et un amas de galaxies intermédiaire, la lentille gravitationnelle a agrandi un objet qui était présent moins d’un milliard d’années après le Big Bang. L’objet est susceptible d’être soit une étoile solitaire, soit un système compact de deux ou trois étoiles. Et ses découvreurs disent qu’ils ont déjà réservé du temps pour des observations de suivi avec le dernier télescope spatial de la NASA.

Lentille de la gravité

Les lentilles fonctionnent en arrangeant les matériaux de sorte que la lumière se déplace sur un chemin incurvé à travers eux. La gravité, qui déforme l’espace-temps lui-même, peut remplir une fonction similaire, modifiant l’espace de sorte que la lumière parcourt une trajectoire courbe. Il y a eu de nombreux exemples d’influences gravitationnelles d’objets au premier plan créant un effet de lentille, amplifiant et/ou déformant la lumière d’un objet plus éloigné derrière eux.

Ce succès a incité la formation d’une équipe appelée Reionization Lensing Cluster Survey, ou RELICS. Le groupe pointe des télescopes spatiaux vers de grands amas de galaxies dans l’espoir que les forts champs gravitationnels y sont plus susceptibles de créer des effets de lentille. L’équipe recherche des objets qui remontent à la période de réionisation, lorsque la lumière des premières étoiles a commencé à retirer les électrons de l’hydrogène dans le matériau interstellaire.

En raison de la répartition inégale de la matière dans le monde naturel, les lentilles gravitationnelles sont inégales et créent souvent des effets de funhouse et des images en double. En utilisant ces effets, ainsi que des informations sur la distribution de la matière au premier plan, il est possible de faire une carte approximative de l’endroit où les effets de lentille sont les plus forts.

Cette carte peut inclure une « courbe critique de lentille », qui peut être identifiée car la plupart des objets d’arrière-plan apparaissent sous la forme de deux images, une de chaque côté de la courbe. Mais une poignée d’objets se retrouveront sur la courbe elle-même et subiront le grossissement le plus fort.

étoile solitaire

Comme vous pouvez le voir sur l’image en haut de cet article, la plupart des objets sur la courbe critique de lentille semblent s’étendre le long de celle-ci, ce qui indique qu’il s’agit probablement de structures plus grandes, telles que des galaxies ou des amas d’étoiles. L’exception, indiquée par la flèche, est WHL0137-LS. Les chercheurs l’ont nommée Earendel, le terme vieil anglais désignant l’étoile du matin, car elle semble dater du matin de l’Univers, environ 900 millions d’années après le Big Bang.

Divers modèles des effets de lentille suggèrent qu’Earendel est agrandie d’au moins un facteur de 1 000, et peut-être jusqu’à 40 000. Sur cette base, il est possible de fixer des limites à la taille de l’objet visé. Ces limites montrent que sa taille maximale possible est plus petite que les amas d’étoiles que nous avons précédemment identifiés, ce qui signifie qu’Earendel est susceptible d’être un petit système stellaire avec trois étoiles ou moins. Il pourrait également s’agir d’une seule étoile.

Même si Earendel est un système multi-étoiles, la majeure partie de la masse de ces systèmes a tendance à se retrouver dans l’une des étoiles. Partant du principe que la plupart de ce qu’ils regardaient était une seule étoile, les chercheurs ont déduit ses propriétés en se basant sur la lumière qui avait été émise à l’origine dans la gamme UV. Ils ont découvert qu’Earendel pouvait avoir entre 40 et 500 fois la masse du Soleil. Il ne contient également qu’environ 10% des éléments les plus lourds trouvés dans le Soleil.

Des détails plus précis ne sont pas possibles pour le moment. Mais les chercheurs indiquent qu’ils utiliseront le télescope Webb pour déterminer exactement de quel type d’étoile il s’agit.

Sur la base à la fois de l’heure estimée à laquelle Earendel existait et de la présence d’au moins quelques éléments plus lourds, nous pouvons dire que ce n’est pas l’une des premières étoiles de l’Univers. Mais lors du lancement du Webb, les scientifiques ont indiqué que le télescope serait capable d’imager des populations d’étoiles plus anciennes si elles étaient également suffisamment lentilles.

Nous en saurons plus sur cette technique d’imagerie dans un proche avenir.

Nature2022. DOI: 10.1038/s41586-022-04449-y  (About DOIs).