Une étude, dont les résultats ont été publiés dans la revue Science, a permis de déterminer les abondances de 18 éléments dans l’atmosphère de SDSSJ0018-0939, une étoile distante d’environ 1.000 années-lumière du Soleil, dans la constellation de la Baleine.

Le fait que cette étoile orange «plus petite que le Soleil et située dans le halo galactique» soit 300 fois moins riche en fer que le Soleil et «qu’elle contienne encore moins d’éléments légers» confirme qu’il s’agit d’une très vieille étoile et apporte «la première preuve de l’existence des étoiles très massives de première génération» qui, pour le moment, n'était qu'une prédiction de modèles numériques.

En effet, la théorie indique qu'il fallait au début de l'univers une masse plus importante de gaz moléculaire d'hydrogène qu'aujourd'hui «pour que la gravité puisse vaincre la pression thermique» des nuages de ce gaz en l’absence de poussières, ce qui fait que les toutes premières étoiles ont dû être très massives.

Plus précisément, les températures, que les étoiles de 140 à 300 masses solaires peuvent atteindre dans leur cœur sous l’effet de la pression de la gravité, «sont si élevées que les photons gamma produits possèdent suffisamment d’énergie pour pouvoir créer des paires d’électrons-positrons», c'est-à-dire qu'elles fabriquent de l'antimatière.

Ces paires de particules, qui n'exercent pas une pression de radiation comme les photons obligent l’étoile supermassive à se contracter. En s’échauffant, elle produit alors encore plus de paires de particules et d’antiparticules.

Cette situation instable aboutit à une explosion de l'étoile, dénommée Pair Instability Supernovae (PISNe), sous la forme d'une «supernova de 10 à 100 fois plus lumineuse intrinsèquement que celles que l’on observe dans l’univers actuel» de sorte que l'ensemble de ce processus génère des abondances bien particulières de noyaux lourds.

Ainsi, en mettant en évidence cette 'composition anormale' dans l’atmosphère de SDSSJ0018-0939, l'étude ici présentée ouvre la voie à une meilleure compréhension des trous noirs massifs que ces supernovæ ont laissé derrière elles.