• Astrophysique: la découverte de trois étoiles anciennes, de compositions et de tailles singulières, apporte un nouvel éclairage sur l’époque des premières étoiles!____¤201506

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «TOPoS. II. On the bimodality of carbon abundance in CEMP stars» ont été publiés dans la revue Astronomy and Astrophysics, a permis d'apporter un nouveau regard sur l’époque des premières étoiles appelée âge sombre en se basant sur la découverte de trois étoiles anciennes, de compositions et de tailles singulières.

     

    Rappelons tout d'abord, qu'à l'époque de l’âge sombre, l’Univers était rempli d’hydrogène neutre et les étoiles n’étaient pas encore formées. C'est seulement lorsque les étoiles ont commencé à se former qu'elles ont pu 'ré-ioniser' l’hydrogène, et que les photons ont pu se propager ce qui fait qu'aujourd’hui «nous pouvons observer la faible lueur de cette première génération d’étoiles».

     

    Les toutes premières étoiles de l'Univers, qui «forment progressivement de (très) petites quantités d'éléments lourds (comme le carbone, le fer…) qu'elles répandent dans la matière interstellaire dans leur explosion finale», sont «massives et d'évolution rapide». Cependant, paradoxalement, «les seules étoiles qui peuvent encore témoigner de l'âge sombre sont les étoiles de faible masse (plus faible que celle du Soleil), car «elles ont une évolution très lente, un durée de vie très longue et elles subsistent de nos jours».

     

    Comme la matière primitive de ces étoiles de faible masse «contient peu d'éléments lourds car ceux-ci se formaient à peine dans l'univers» et que les métaux «sont nécessaires pour assurer le refroidissement de la matière qui se condense en étoile», la théorie prédit qu'il est difficile de former des étoiles de petites masses à partir de cette matière.

     

    Les trois étoiles de faible masse nouvellement découvertes, datant de l’âge sombre (il y a 13 milliard d’année), «qui comportent cent mille fois moins de fer que le Soleil», contredisent ces prédictions théoriques. Il en résulte «que le mécanisme de formation des premières générations d’étoiles doit nécessairement pouvoir conduire aussi à la formation d’étoile de faible masse telles que le Soleil voire moins (tout en contenant peu d’éléments lourds)».

     

    Comme l'analyse des abondances relatives des éléments composant ces étoiles anciennes révèle qu’elles ont beaucoup carbone par rapport aux éléments plus lourds tels que le fer, elles sont rangées dans «une classe particulière d’étoiles dont un premier 'prototype' avait déjà été identifié en 1998.

     

    Ceci suggère que «la présence d’une fraction importante de carbone pourrait être un ingrédient essentiel à la formation des étoiles de faible masse grâce à la grande efficacité du carbone sous toutes ses formes à refroidir le nuage primordial lorsqu’il se contracte».

     

    Néanmoins, l'analyse, dans une autre étude, de l’étoile SDSS J102915+172927, qui contient autant de fer que ces trois étoiles-ci, sans surabondance de carbone par rapport au fer, indique que si le carbone peut contribuer fortement au refroidissement, «celui-ci n’est pas, classiquement, suffisant pour permettre la formation d’étoiles de masse inférieure à 10 masses solaires».

     

    Il faut donc, «pour franchir ce seuil et parvenir à la formation d’étoiles de la taille de celles observées ici», un mécanisme de refroidissement supplémentaire plus important «tel que le refroidissement par les poussières» qui apparaît être «le seul processus qui peut amener le gaz du nuage primordial dans le bon régime de masses».

     

    D'autre part, pour justifier «le taux de carbone particulièrement élevé observé dans une des étoiles», on peut remarquer que, si une partie de la matière expulsée par les étoiles massives en fin de vie «notamment les éléments légers comme le carbone et l’oxygène retombe vers l’étoile», il n'en est pas de même pour «certaines supernovae, de faible énergie d’explosion», qui «n’expulsent que les couches plus externes, notamment celles qui contiennent les éléments légers comme le carbone et l’oxygène». Ce sont ces dernières qui permettent «d’expliquer l’enrichissement particulier en carbone des étoiles formées ultérieurement à partir de cette matière expulsée».

     

    Il reste néanmoins une énigme à résoudre: en effet, aucune trace de lithium n’a été observée dans l’atmosphère de ces étoiles alors qu'on pourrait s’attendre à en trouver «puisque celui-ci a été produit en même temps que l’hélium au moment du big bang».

     

     


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