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SDSS J102915+172927, l’étoile qui pose question...

  • Posté le : Lundi 12 Septembre 2011
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  • par : L. Salters

La plus primitive des étoiles de notre galaxie vient d’être découverte. Elle bouscule certaines théories en astrophysique.

SDSS J102915+172927SDSS J102915+172927, située à 4 000 années lumière de notre terre. Suivez la flèche verte...
© ESO/DSS2/Observatoire de Paris

Ce n’est qu’une aiguille dans une meule de foin. Mais quelle aiguille, et quel effet ! Son nom : SDSS J102915+172927. Signe particulier : étoile primordiale qui se joue des théories de l’astrophysique. Lieu de résidence : quelque part dans la constellation du Lion, dans notre galaxie, la Voie Lactée. Distance estimée depuis chez nous : 4 000 années-lumière. Age : environ 13 milliards d’années, soit pratiquement l’âge estimé de l’univers depuis le Big Bang.
Avec elle, il nous faut trouver d’autres mécanismes de formation des étoiles”, confie Piercarlo Bonifacio, astrophysicien du CNRS attaché à l’Observatoire de Paris. Il fait partie de l’équipe de chercheurs européenne qui a découvert SDSS J102915+172927 (coordonné par Elisabetta Caffau, Observatoire de Paris et Heidelberg, avec l'Université de Picardie Jules Verne d’Amiens et le laboratoire Cassiopée, de l’Observatoire de la Côte d'Azur, CNRS, Université de Nice-Sophia Antipolis). Leur conclusion commune a été publiée le 1er septembre dans la revue Nature : cette étoile se distingue par sa très faible teneur en éléments chimiques lourds. Des données très inhabituelles pour ce type d’astre.

Pour bien comprendre, il faut effectuer un grand bond dans le temps. Selon la théorie admise, il y a 13,7 milliards années, se déroule le Big Bang. “Après l’extension de l’Univers, explique Piercarlo Bonifacio, celui-ci se neutralise, c’est la période des âges sombres. Rien ne se passe. Il n’y a que de l’hydrogène et de l’hélium”. Puis les premières étoiles hyper massives apparaissent. Pour qu’elles se forment, il faut une compression de gaz vers un centre de gravité. “Il y a alors un phénomène de réchauffement, continue Piercarlo Bonifacio. C’est comme une pompe à vélo qui chauffe alors qu’on l’actionne”. Comme la masse de ces étoiles hyper massives est très grande, la gravité l’emporte et amorce le mécanisme de formation. Il y a ensuite un début de réactions nucléaires et l’effondrement gravitationnel vers le centre, essentiel à la formation d’une étoile, se poursuit normalement. Par la suite, ces étoiles hyper massives explosent pour donner des supernovae ultralumineuses.

Dans un second temps, sont nées les étoiles plus modestes. Notre Soleil, tout comme SDSS J102915+172927, en fait partie. Comme la gravité de ces “petites” étoiles n’est pas suffisante, il faut un mécanisme qui refroidisse les gaz afin qu’ils se dirigent vers le centre. Piercarlo Bonifacio : “Une théorie postule que ce sont le carbone et l’oxygène qui jouent ce rôle. Ils font baisser la température. Une grande quantité d’énergie thermique est émise sous forme de rayonnement et l’effondrement gravitationnel peut continuer. Le carbone et l’oxygène ont permis donc de former des étoiles de petite masse qui vivent en général plusieurs milliards d’années. C’est pour cela qu’on peut les observer aujourd’hui”.

Métallicité

C’est là qu’intervient la première surprise. D’après les interprétations des chercheurs, SDSS J102915+172927 ne comporterait quasiment pas d’éléments lourds comme le magnésium, le silicium, le calcium, le strontium ou le fer. “Dans une étoile, il y a principalement de l’hydrogène et de l’hélium, poursuit Piercarlo Bonifacio. Mais il y a également une fraction de la masse qui est composée d’autres éléments. Par exemple pour le Soleil, cette fraction représente 1,5% de la masse totale. Cette fraction est notée Z. C’est ce qu’on nomme la métallicité. Dans le cas présent, la métallicité n’excède pas 0,00007% de celle du soleil. Soit presque rien. Hors il faut un Z minimum pour former une étoile. On peut donc en conclure que le Z minimum est au plus égal a ce qu’on observe dans cette étoile”.

Autre surprise : dans SDSS J102915+172927 on n’observe pas l’anomalie d’enrichissement en carbone et en oxygène typique de ce type d’étoile. “Les quantités sont trop faibles pour provoquer un refroidissement, confirme Piercarlo Bonifacio. Il nous faut trouver un autre modèle. Des théories qui étaient envisagées comme peu viables vont être reconsidérées”.

Enfin troisième conclusion importante :  SDSS J102915+172927 ne comporterait quasiment pas de lithium, un élément léger. Aux origines de l’univers, le lithium était présent avec l’hélium et l’hydrogène à l’état de traces. “On en retrouve toujours dans les étoiles anciennes une quantité constante, précise Piercarlo Bonifacio. Pourquoi pas là ? Mystère. La matière a dû être chauffée à au moins deux millions de degrés. C’est la température à partir de laquelle le lithium disparaît. Mais à quel moment à eu lieu ce réchauffement ? Nous n’avons pour l’instant pas de réponse”.
Une inconnue qui amène Piercarlo Bonifacio à une autre question : “Quelle est la proportion de ces étoiles dans la galaxie ? "