Les supernovas du premier univers ont eu un impact différent. Surtout quand les étoiles qui ont explosé étaient un monstre stellaire d’une masse 20 fois supérieure à celle du soleil.
Grâce au télescope spatial James Webb (JWST), les astronomes ont découvert l’une des supernovas destructrices d’étoiles les plus lointaines et donc les plus anciennes jamais observées. Cette explosion, qui a secoué le cosmos environ 2 milliards d’années après le Big Bang, a marqué la mort d’une telle étoile monstre.
Cette supernova, détectée dans le cadre du programme JADES (Advanced Deep Extragalactic Survey) du JWST, pourrait aider les scientifiques à ajouter plus de détails au tableau cosmique de la vie et de la mort stellaires qu’ils sont en train de construire.
La supernova, désignée AT 2023adsv, est entrée en éruption il y a environ 11,4 milliards d’années dans une immense galaxie primitive. Il est intéressant de noter que cette explosion stellaire pourrait être quelque peu différente des supernovas qui se sont produites plus récemment dans l’univers local. En particulier, l’explosion à haute énergie semble avoir été excessivement violente.
« Les premières étoiles étaient considérablement différentes de celles d’aujourd’hui. Elles étaient massives, elles étaient chaudes et elles avaient des explosions véritablement gargantuesques », a déclaré David Coulter, membre de l’équipe JADES et chercheur au Space Telescope Science Institute (STScI), lors de la 245e réunion de l’American Telescope Science Institute. Astronomical Society (AAS) à National Harbor, Maryland, lundi 13 janvier. « Nous ne savons pas combien de (supernovas) le JWST trouvera mais nous pouvons commencer à pousser jusqu’au début de ces premières étoiles et espérer voir leurs explosions. »
Une histoire de vie, de mort et de renaissance stellaire
L’univers primitif était relativement ennuyeux par rapport au cosmos moderne, surtout si l’on considère son contenu chimique. C’est parce qu’il s’agissait en grande partie d’hydrogène, l’élément le plus léger et le plus simple, avec un peu d’hélium, le deuxième élément le plus léger. Il n’existait dans l’univers naissant qu’une poignée d’éléments plus lourds, que les astronomes appellent de manière quelque peu confuse « métaux ».
La première génération d’étoiles, connues sous le nom d’étoiles de population III (et non d’étoiles de population I comme on pourrait s’y attendre, peut-être), est née de zones trop denses dans cette soupe cosmique légère aux ingrédients. Ces étoiles ont commencé à fusionner l’hydrogène et l’hélium en éléments plus lourds.
Lorsque les étoiles les plus massives (avec des masses supérieures à 8 fois celle du soleil) ont atteint la fin de leurs réserves de combustible pour la fusion nucléaire, leurs noyaux se sont effondrés, créant des trous noirs ou des étoiles à neutrons, tandis que leurs couches externes riches en métaux ont été détruites. loin dans des explosions de supernova.
Ce processus a semé des nuages d’hydrogène et d’hélium dans les premières galaxies contenant des éléments lourds. Cela signifiait que lorsque des zones trop denses dans ces nuages enrichis s’effondraient pour créer de nouvelles étoiles, cette deuxième génération d’étoiles (Population II) était plus riche en métaux que la première.
Cela s’est répété pour donner naissance à une troisième génération d’étoiles encore plus riches en métaux. Il s’agit de la troisième génération de corps stellaires, les étoiles de la Population I (encore une fois, pas les étoiles Pop III comme on pourrait s’y attendre), à laquelle appartient notre étoile, le soleil.
Cependant, même si cela peut ressembler à un cas de répétition de l’histoire cosmique, il y avait quelque chose de différent dans la première série de supernovas.
Les scientifiques pensent que la pauvreté en métaux de ces étoiles leur aurait fait vivre une vie plus courte. Cela aurait également rendu les explosions de supernova qui marquent la fin de ces vies plus violentes que la mort des étoiles descendantes ultérieures.
Ces premières supernovas devraient être incroyablement brillantes et donc visibles par le JWST. En effet, la collaboration JADES, qui étudie la naissance et l’évolution des premières galaxies, a jusqu’à présent repéré plus de 80 supernovas anciennes.
« L’étude des explosions lointaines de supernova est le seul moyen d’explorer les étoiles individuelles qui peuplent ces premières galaxies », a déclaré Christa DeCoursey, membre de l’équipe et chercheuse à l’Université d’Arizona à Tucson, dans un communiqué. « Le grand nombre de détections ainsi que les grandes distances par rapport à ces supernovas sont les deux résultats les plus intéressants de notre enquête. »
Une première supernova avec une touche d’originalité
La composition chimique d’AT 2023adsv fait qu’elle se distingue comme l’une des premières supernovas.
« Cette supernova est si lointaine et donc si lointaine dans le temps que lorsque la lumière nous est parvenue pour la première fois, l’univers avait moins de 2 milliards d’années », a poursuivi Coulter. « Cela signifie que cette lumière avait voyagé 6 milliards d’années avant la formation du soleil.
« Cette supernova s’est donc également produite dans un environnement qui semble considérablement différent de celui dans lequel notre étoile natale vit aujourd’hui. »
Bien qu’AT 2023adsv ressemble à l’environnement pauvre en métaux de l’univers primitif dans lequel est née l’étoile qui a explosé pour le lancer, il y a une torsion ou deux.
« Il semble que ce soit un proche cousin des supernovas locales observées dans des environnements tout aussi vierges », a déclaré Coulter dans le communiqué. « Cependant, la ressemblance s’arrête là : 2023adsv semble avoir été autrefois une étoile particulièrement massive, peut-être jusqu’à 20 fois la masse de notre soleil. »
Les stars d’une taille aussi monstrueuse sont rares dans l’univers local et contemporain. 2023adsv a également explosé avec une énergie environ deux fois supérieure à celle d’une supernova moyenne déclenchée par des étoiles massives proches.
« L’énergie d’explosion élevée de 2023adsv pourrait indiquer que les propriétés des explosions de supernova auraient pu être différentes dans l’univers primitif, mais nous avons besoin de plus d’observations pour confirmer cette idée », a déclaré Takashi Moriya, membre de l’équipe et théoricien de l’Observatoire astronomique national du Japon.
Le JWST participera à la recherche de l’explosion cosmique la plus précoce et la plus lointaine en 2026, lorsque la NASA s’apprête à lancer son prochain télescope spatial majeur, le télescope spatial romain Nancy Grace.
Les estimations actuelles suggèrent que le large champ de vision de Roman permettra de localiser des milliers de premières supernovas que l’œil infrarouge sensible du JWST pourra affiner et étudier.
Les recherches de l’équipe ont été présentées lundi lors de la 245e réunion de l’AAS, et un article préimprimé est disponible sur le site de dépôt arXiv.
Initialement publié sur Espace.com.