Les scientifiques utilisant le Télescope spatial James Webb (JWST) ont repéré la première preuve de la présence d' »étoiles monstres » dans l’univers primitif, offrant de nouveaux indices sur la façon dont les trous noirs supermassifs sont devenus si grands après seulement un milliard d’années d’histoire de l’univers.
L’équipe a repéré ces étoiles gargantuesques – chacune ayant une masse comprise entre 1 000 et 10 000 fois celle de notre soleil – dans une galaxie appelée GS 3073, qui s’est formée environ un milliard d’années après l’apparition de la planète. Big Bang. On pense que des étoiles monstres comme celles-ci ont conduit à la formation de ces premiers trous noirs supermassifs.
Une signature particulière
Les étoiles de GS 3073 présentaient un déséquilibre inhabituel et « extrême » entre l’azote et l’oxygène (un rapport de 0,46), que l’on ne retrouve généralement pas dans les étoiles ou les explosions stellaires, selon l’équipe. La signature correspondait cependant à quelque chose prédit par les modèles : « des étoiles primordiales des milliers de fois plus massives que notre soleil », co-auteur de l’étude. Devesh Nandalchercheur postdoctoral à l’Institut de théorie et de calcul du CfA, a déclaré.
Comment ces étoiles ont-elles produit autant d’azote ? Les chercheurs ont déclaré qu’il s’agissait d’un processus en trois étapes. Les étoiles brûlent constamment des éléments dans leur noyau. Lorsque ces grandes étoiles de GS 3073 brûlaient de l’hélium, les réactions chimiques créaient du carbone. Finalement, le carbone a commencé à envahir une enveloppe extérieure de matériau, où l’hydrogène brûlait. Dans cette enveloppe extérieure, le carbone et l’hydrogène se mélangent ensuite pour créer de l’azote.
Au fur et à mesure que l’azote était produit, des courants de convection à l’intérieur de l’étoile ont commencé à le distribuer dans tout le corps de l’étoile. Au fil du temps, l’azote a quitté l’étoile et s’est répandu dans l’espace. Dans le cas du GS 3073, ce processus a duré des millions d’années.
« L’étude a également révélé que cette signature azotée n’apparaît que dans une plage de masse spécifique », ont noté les chercheurs. « Les étoiles inférieures à 1 000 masses solaires ou supérieures à 10 000 masses solaires ne produisent pas le bon modèle chimique pour la signature, ce qui suggère un « point idéal » pour ce type d’enrichissement. »
Le mystère du grand trou noir
Sur la base de leurs modèles, les chercheurs ont en outre suggéré que lorsque ces étoiles monstres atteignent la fin de leur vie, elles n’explosent pas en supernovae. Ce qui se passe ensuite est plutôt un grand effondrement, générant certains des premiers trous noirs supermassifs de l’univers.
Ajoutant plus de carburant à cette idée : GS 3073 semble avoir un trou noir qui s’alimente activement en son centre, « potentiellement le vestige même de l’une de ces premières étoiles supermassives », note le communiqué. « Si cela est confirmé, cela résoudrait deux mystères à la fois : d’où vient l’azote et comment le trou noir s’est formé. »
L’origine des premiers trous noirs supermassifs de l’univers reste l’un des plus grands mystères de l’astrophysique. Certaines théories suggèrent qu’ils s’est effondré directement à partir de nuages de gaz ultra-denses peu de temps après le Big Bang, puis formé des galaxies autour d’eux ; d’autres théories évoquent des explications plus exotiques, telles que matière noire interactions ou l’effondrement d’étoiles monstres. En fin de compte, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour résoudre cette énigme ancienne.
