Une équipe peu commune d’astronomes a utilisé les données du Sloan Digital Sky Survey-V (SDSS-V) et les observations des télescopes Magellan à l’observatoire de Las Campanas de la Carnegie Science au Chili pour découvrir l’étoile la plus primitive de l’univers connu, nommée SDSS J0715-7334. Leur travail est publié dans Nature Astronomy.
Sous la direction d’Alexander Ji de l’Université de Chicago—ancien chercheur postdoctoral des Observatoires Carnegie—et incluant l’astrophysicienne de Carnegie Juna Kollmeier—qui dirige le SDSS, désormais dans sa cinquième génération—l’équipe de recherche a identifié une étoile issue seulement de la deuxième génération d’objets célestes dans le cosmos, formée quelques milliards d’années seulement après le début de l’univers.
« Ces étoiles primitives sont des fenêtres sur l’aube des étoiles et des galaxies dans l’univers », a expliqué Ji. Plusieurs de ses co-auteurs et de ceux de Kollmeier sur l’article sont des étudiants de premier cycle de l’Université de Chicago, que Ji a emmenés à Las Campanas lors d’un voyage d’observation pour les vacances de printemps l’année dernière. « Ma première visite à LCO est l’endroit où je suis vraiment tombé amoureux de l’astronomie, et c’était spécial de partager une expérience aussi formatrice avec mes étudiants. »
Le Big Bang a donné naissance à l’univers sous forme d’une soupe chaude et trouble de particules énergétiques. Au fil du temps, alors que cette matière s’étendait, elle a commencé à se refroidir et à se condenser en gaz d’hydrogène neutre. Certaines zones étaient plus denses que d’autres et, après quelques centaines de millions d’années, leur gravité a surmonté la trajectoire d’expansion de l’univers et la matière s’est effondrée vers l’intérieur. Cela est devenu la première génération d’étoiles, formées uniquement à partir d’hydrogène et d’hélium primitifs.
Ces étoiles brûlaient chaud et mouraient jeunes, mais pas avant d’avoir produit de nouveaux éléments dans leurs fournaises stellaires, qui ont été dispersés vers l’extérieur dans le cosmos par leurs explosions en fin de vie. Et à partir de ces débris, de nouvelles étoiles sont nées, comprenant désormais une plus grande variété d’éléments que leurs prédécesseurs.
« Tous les éléments lourds de l’univers, que les astronomes appellent des métaux, ont été produits par des processus stellaires—des réactions de fusion se produisant au sein des étoiles aux explosions de supernova en passant par les collisions entre des étoiles très denses », a déclaré Ji. « Ainsi, trouver une étoile avec une très faible teneur en métaux a indiqué à ce groupe d’étudiants qu’ils étaient tombés sur quelque chose de très spécial. »
Les astronomes comme Ji et Kollmeier s’intéressent à la recherche d’étoiles anciennes de la deuxième et troisième génération après que l’univers a développé sa première structure. Cela révélerait comment la formation stellaire a changé au cours des éons suivants.
« Nous devons chercher dans notre arrière-cour cosmique pour trouver ces objets, car nous ne pouvons pas encore observer des étoiles individuelles à l’aube de la formation stellaire. Puisque ces étoiles sont rares, des relevés comme le SDSS-V sont conçus pour avoir la puissance statistique de trouver ces aiguilles dans la botte de foin stellaire et de tester nos théories de la formation et de l’explosion des étoiles », a expliqué Kollmeier.
Le Sloan Digital Sky Survey a été l’un des relevés les plus réussis et influents de l’histoire de l’astronomie et sa cinquième génération, dirigée par Kollmeier, prend des millions de spectres optiques et infrarouges, couvrant l’ensemble du ciel. Cet effort pionnier déploie à la fois le télescope du Pont à Las Campanas dans l’hémisphère sud et l’observatoire Apache Point au Nouveau-Mexique dans l’hémisphère nord.
La richesse des données du SDSS-V a permis à Ji et ses étudiants d’identifier des étoiles avec très peu d’éléments lourds. Ensuite, à Las Campanas, ils ont utilisé les télescopes Magellan de pointe pour prendre des spectres à haute résolution de ces candidates. Étonnamment, la magie s’est produite aux petites heures du matin lors de leur première campagne d’observation sur Magellan et SDSS J0715-7334 a été confirmée comme le nouveau standard-or de la pureté stellaire.
« L’écosystème de télescopes à Las Campanas a été essentiel pour presque tous les aspects de ce travail révolutionnaire, des données du télescope du Pont collectées dans le cadre des efforts de cartographie de la Voie lactée du SDSS-V aux observations de Magellan qui ont montré exactement à quel point SDSS J0715-7334 est spéciale », a déclaré Michael Blanton, directeur et titulaire de la chaire Crawford H. Greenewalt des Observatoires de la Carnegie Science.
Las Campanas abrite quatre télescopes de Carnegie, et ce projet a fait un usage spectaculaire de deux d’entre eux, montrant comment les innovations en instrumentation peuvent stimuler la découverte tout au long de la vie d’un télescope.
Cette interconnexion est mise en évidence par l’itinéraire de Ji et des étudiants à Las Campanas. Le soir de leur arrivée, ils ont visité le télescope du Pont pour voir les observateurs du SDSS-V travailler dur à la collecte de nouvelles données qui seront ajoutées à l’énorme volume de ressources du projet pour les astronomes amateurs et professionnels. Le soir même suivant, ils ont fait leurs propres observations sur le télescope Magellan Clay.
Heureusement, après la découverte, Ji a pu reconfigure le reste du semestre afin que les étudiants puissent passer leur temps à approfondir leur découverte—un exemple concret pour ses étudiants de la façon dont la capacité à pivoter est essentielle pour réaliser des percées scientifiques.
« Lorsque j’étais étudiant de premier cycle, je préférais largement faire de la recherche qu’assister aux cours. Je suis ravie que le cours d’Alex se soit transformé en un programme de découverte et j’aimerais m’assurer que des relevés comme le SDSS-V et Gaia ont le pouvoir de rendre cela la norme et non l’exception », a déclaré Kollmeier.
Une analyse plus approfondie des spectres de Magellan a montré qu’elle possède moins de 0,005 % de la teneur en métaux du Soleil. Elle est deux fois plus pauvre en métaux que le précédent détenteur du record d’étoile la plus primitive et présente des abondances particulièrement faibles en fer et en carbone. En fait, elle est 40 fois plus pauvre en métaux que l’étoile connue la plus pauvre en fer.
En intégrant les données de la mission Gaia de l’Agence spatiale européenne, les étudiants ont également pu déterminer que SDSS J0715-7334—qui existe à environ 80 000 années-lumière de la Terre—est née ailleurs et a été attirée dans notre galaxie, la Voie lactée, au fil du temps.
« Former la prochaine génération d’astronomes est essentiel pour l’avenir de notre domaine. Et susciter l’enthousiasme pour la pratique de la science en entreprenant des projets comme celui-ci est un excellent moyen de s’assurer que les jeunes apprenants curieux peuvent se projeter en astrophysique », a conclu Ji. « Mon temps en tant que postdoctorant à Carnegie a été déterminant pour ma croissance professionnelle et je suis ravi d’avoir pu transmettre cette expérience en amenant mes étudiants à Las Campanas. »
Article : A nearly pristine star from the Large Magellanic Cloud – Journal : Nature Astronomy – Méthode : Observational study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Carnegie Institution For Science
