Astronomie

Très vieilles étoiles dans l'univers

Très vieilles étoiles dans l'univers

Comment une étoile peut-elle être plus vieille que l'Univers ? Est-ce possible ou les calculs sont-ils erronés pour déterminer l'âge de ces étoiles ? Peut-il exister une étoile qui s'est formée d'elle-même indépendamment d'un univers ?


Ça ne peut pas. Si nous trouvons une étoile "plus vieille" que l'univers, alors soit les mesures de l'âge de l'étoile sont incorrectes, soit les mesures de l'âge de l'univers sont incorrectes.


Des modèles de formation d'étoiles en forme de spirale découverts dans d'anciennes galaxies

Figure 1 : Image en vraies couleurs de la galaxie NGC 1167, recouverte de contours représentant les régions de formation d'étoiles en forme de spirale (à gauche). “Intensité” de la largeur équivalente en H-alpha dans la galaxie NGC 1167, recouverte de contours représentant les régions de formation d'étoiles en forme de spirale (à droite). Crédits illustrations : Gomes et al. (2016). À l'aide des données des relevés Sloan Digital Sky Survey (SDSS) et Calar Alto Legacy Integral Field spectroscopy Area (CALIFA), une équipe d'astronomes, dirigée par Jean Michel Gomes et Polychronis Papaderos de l'Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) à Portugal, découvert dans les caractéristiques optiques en forme de bras en spirale formant des étoiles faibles à la périphérie des galaxies de type précoce proches. Ce travail a été présenté lors de la 2ème École Supérieure SELGFIS sur l'Analyse de Données Spectroscopiques Intégrales de Champ, en cours à Madrid jusqu'au 25 novembre 2016.

Habituellement, les régions de formation d'étoiles sont des zones bleues, des régions HII qui abritent des étoiles bleues massives de courte durée, intégrées dans la section du disque des galaxies spirales. En revanche, les galaxies elliptiques et lenticulaires (historiquement appelées galaxies de type précoce) sont composées de vieilles étoiles aux couleurs rougeâtres et sont considérées comme des sphéroïdes «morts», ne donnant plus naissance à de nouvelles étoiles.

Cependant, l'étude CALIFA dirigée par l'équipe IA a maintenant découvert dans les caractéristiques de la spirale optique à la périphérie de trois galaxies de type précoce proches, ce qui indique une croissance de l'intérieur vers l'extérieur toujours en cours. Cela ajoute des informations d'observation précieuses sur l'origine et l'évolution des structures spirales dans les anciennes galaxies sphéroïdales. Figure 2 : Image en vraies couleurs de la galaxie NGC 1349, recouverte de contours représentant les régions de formation d'étoiles en forme de spirale (à gauche). “Intensité” de la largeur équivalente en H-alpha dans la galaxie NGC 1349, recouverte de contours représentant les régions de formation d'étoiles en forme de spirale. Crédits illustrations : Gomes et al. (2016). Jean Michel Gomes (IA & Université de Porto), co-responsable du groupe de travail Study of Emission-Line Galaxies with Integral-Field Spectroscopy (SELGIFS) Reconstruction of the Star Formation History, explique la nouveauté de cette découverte : &# 8220Selon notre point de vue actuel, les grandes caractéristiques de type spirale sont associées aux galaxies discales. Ce sont, en général, des régions de formation d'étoiles renforcée. Nous avons été surpris d'avoir découvert, pour la première fois dans les structures optiques en forme de spirale dans les galaxies de type précoce, que nous pensions avoir cessé de former des étoiles au cours des derniers milliards d'années et qu'elles devraient totalement manquer de caractéristiques spirales.

La découverte de faibles caractéristiques de formation d'étoiles en spirale à la périphérie des galaxies de type précoce dans cette étude pilote de Gomes et Papaderos a déjà motivé une enquête plus approfondie sur cette question par des chercheurs de l'IA.

À Polychronis Papaderos (IA & Université de Porto), membre fondateur et co-investigateur de SELGIFS et scientifique en charge de son nœud portugais : galaxies de type précoce mortes dans l'univers local, à partir d'un réservoir de gaz froid qui alimente l'activité de formation d'étoiles de faible niveau dans leur périphérie. Figure 3 : Image en couleurs vraies de la galaxie NGC 3106, recouverte de contours représentant les régions de formation d'étoiles en forme de spirale (à gauche). “Intensité” de la largeur équivalente en H-alpha dans la galaxie NGC 3106, recouverte de contours représentant les régions de formation d'étoiles en forme de spirale. Crédits illustrations : Gomes et al. (2016). Les chercheurs de l'IA Gomes et Papaderos, avec leurs doctorantes Iris Breda et Sandra Reis, mènent une recherche au sein de la collaboration CALIFA, sur les propriétés du gaz ionisé chaud distribué de manière diffuse dans les galaxies de type précoce. L'objectif principal de ce projet est d'évaluer le rôle de divers mécanismes possibles d'excitation de gaz dans les galaxies de type précoce.

Lectures complémentaires : « Spiral-like star-forming patterns in CALIFA early-type galaxies » a été publié dans la revue Astronomy & Astrophysics.


Les étoiles plus âgées tournent plus vite que prévu

Les étoiles plus âgées devraient ralentir, mais de nouvelles observations révèlent qu'elles ont autant de ressort dans leur démarche que leurs cousines plus jeunes. Les astronomes soupçonnent que des interactions complexes avec le champ magnétique de l'étoile pourraient être à blâmer.

Toutes les étoiles tournent. Et toutes les étoiles ont des champs magnétiques. À mesure qu'ils vieillissent, ils devraient lentement ralentir à travers un processus appelé rupture magnétique. Parfois, le champ magnétique d'une étoile peut projeter de la matière (comme dans le cas d'une éjection de masse coronale), ce qui réduit le moment angulaire de l'étoile et le ralentit.

Pour tester cette idée, les astronomes avaient utilisé des observations de taches stellaires pour surveiller la vitesse de rotation d'étoiles distantes. Ces résultats avaient déjà suggéré que les étoiles pouvaient tourner plus vite que prévu, mais la technique avait été limitée aux étoiles plus jeunes, car les étoiles plus âgées comportent moins de taches.

Pour étudier les étoiles plus anciennes que le soleil, une équipe d'astronomes de l'université de Birmingham s'est tournée vers une autre technique : l'astérosismologie. Leurs résultats ont été récemment publiés dans Astronomie de la nature.

L'astérosismologie étudie les variations de la sortie d'une étoile afin de mesurer les ondes sonores qui s'écrasent à l'intérieur de celle-ci. Lorsque les étoiles tournent, les fréquences de vibration peuvent se diviser en différentes fréquences. Le principal avantage de cette technique est qu'elle peut être utilisée sur des stars de tout âge.

L'équipe a découvert que les étoiles plus anciennes tournaient beaucoup plus vite que les modèles de rupture magnétique ne l'avaient prédit. Cela implique que la situation est beaucoup plus complexe que nous ne l'avions supposé.

L'auteur principal de l'article, le Dr Oliver Hall, a déclaré: "Bien que nous soupçonnions depuis un certain temps que les étoiles plus anciennes tournent plus vite que les théories du freinage magnétique ne le prédisent, ces nouvelles données astérosismiques sont les plus convaincantes à ce jour pour démontrer que ce" freinage magnétique affaibli " est effectivement le cas. Les modèles basés sur de jeunes étoiles suggèrent que le changement de rotation d'une étoile est cohérent tout au long de sa vie, ce qui est différent de ce que nous voyons dans ces nouvelles données. »

Les astronomes devront développer des modèles plus sophistiqués pour tenir compte des nouvelles observations. Quant à l'avenir de notre propre soleil, le co-auteur, le Dr Guy Davies, a déclaré : « Ces nouvelles découvertes démontrent que nous avons encore beaucoup à apprendre sur l'avenir de notre propre Soleil ainsi que d'autres étoiles. Ce travail permet de mettre en perspective si nous pouvons ou non nous attendre à une réduction de l'activité solaire et à des conditions météorologiques spatiales néfastes à l'avenir. Pour répondre à ces questions, nous avons besoin de meilleurs modèles de rotation solaire, et ce travail fait un pas important vers l'amélioration des modèles et la fourniture des données nécessaires pour les tester.


Les astronomes découvrent quand la première étoile de l'univers a brillé

Cette simulation de ce à quoi ressemblerait l'une des premières étoiles est basée sur des données astronomiques - beaucoup d'entre elles étaient plus massives que notre soleil et avaient une durée de vie relativement courte.

Les astronomes ont découvert quand les premières étoiles ont commencé à briller.

Ils disent que cette période, connue sous le nom d'« aube cosmique », s'est produite entre 250 et 350 millions d'années après le Big Bang.

Les résultats de l'étude, publiés dans la revue scientifique mensuelle britannique Notices of the Royal Astronomical Society, indiquent que les premières galaxies sont suffisamment brillantes pour être vues par le télescope spatial James Webb de la NASA, qui doit être lancé plus tard cette année.

Le but des travaux du professeur Richard Ellis, de l'University College London (UCL), au Royaume-Uni, était de découvrir quand l'aube cosmique a commencé.

Il a déclaré à BBC News : « Le Saint Graal regardait assez loin en arrière pour pouvoir voir la première génération d'étoiles et de galaxies. Et maintenant, nous avons la première preuve convaincante de la première immersion de l'univers dans la lumière des étoiles.”

L'équipe a analysé six des galaxies les plus éloignées. Ils étaient si loin que, même avec les télescopes les plus puissants du monde, ils ne pouvaient apparaître que de quelques pixels sur un écran d'ordinateur.

Ils sont également parmi les premiers à apparaître dans l'univers, et donc, au moment où leurs images sont prises par des télescopes sur Terre, ils sont vus peu de temps après le Big Bang.

Mesurant son âge, l'équipe a calculé le début de l'aube cosmique – lorsque les premières étoiles se sont formées. L'analyse a été menée par Nicholas Laporte du Kavli Institute of Astronomy à Cambridge, au Royaume-Uni.

C'est l'une des plus grandes questions de la cosmologie moderne. C'est la première fois que nous avons pu prédire à partir d'observations quand ce moment charnière de l'histoire de l'univers s'est produit.

Selon Laporte, obtenir le résultat était un rêve devenu réalité.

« C'est formidable de penser que des particules de lumière ont voyagé dans l'espace pendant plus de 13 milliards d'années, puis sont entrées dans le télescope. Ce qui est cool quand on est astrophysicien, c'est de pouvoir voyager dans le temps et voir le passé lointain », explique-t-il.

L'univers est apparu il y a 13,8 milliards d'années, lors du Big Bang. Après un éclair initial, il a traversé une période connue sous le nom d'âge des ténèbres cosmique. Selon la nouvelle étude, 250 à 350 millions d'années après le Big Bang, les premières étoiles sont apparues et ont apporté la lumière dans l'univers.

Surtout, la nouvelle analyse indique également que les premières galaxies sont suffisamment brillantes et se situent dans la plage pouvant être vue par le télescope spatial James Webb, le successeur du vénérable télescope spatial Hubble. Les astronomes pourront alors être témoins de ce moment charnière dans l'évolution de l'univers.

attribué à lui, qui – qui

Le VLT au Chili était l'un des six télescopes utilisés pour déterminer quand les premières étoiles ont commencé à briller.

La professeure Catherine Heymans, une astronome royale d'Écosse, se dit "extrêmement excitée" par cette possibilité.

"Il est étonnant qu'en tant qu'humains, en tant que petite civilisation sur la planète Terre, nous puissions créer un télescope que nous pouvons envoyer dans l'espace et que nous puissions jeter un coup d'œil dans le passé de l'univers, comme si ce n'était que quelques centaines de millions d'années après le Big Bang!"

Beaucoup des premières étoiles étaient très différentes de notre Soleil, elles étaient beaucoup plus denses et ne brûlaient que de l'hydrogène. Mais ces objets ont créé la prochaine génération d'étoiles qui a conduit à la formation d'éléments plus lourds sur le tableau périodique.

Tout sauf l'hydrogène, l'hélium et le lithium se forme à l'intérieur des étoiles lorsqu'elles explosent à la fin de leur vie.

Par conséquent, nous sommes, après tout, constitués d'étoiles nées près de l'aube cosmique.

« Parce que nous sommes nous-mêmes le produit d'une évolution stellaire, nous nous tournons vers nos propres origines », déclare Ellis.

Les chercheurs ont analysé la lumière des étoiles des galaxies à l'aide des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer. Ils ont estimé l'âge des galaxies en examinant la proportion d'atomes d'hydrogène dans l'atmosphère de leurs étoiles. Plus les étoiles sont grosses, plus la proportion d'atomes d'hydrogène est grande.

lui est attribué, Nicolas Laporte

C'est l'une des galaxies que les chercheurs ont étudiées, et vue seulement 500 millions d'années après le Big Bang, elle est si loin que même les télescopes les plus puissants du monde l'ont vue, elle a l'air pixelisée.

L'équipe a ensuite calculé à quelle distance se trouvent les galaxies. Comme la lumière de ces galaxies met du temps à nous atteindre, plus nous nous en éloignons, plus les astronomes les remarqueront.

Étant donné que les six galaxies étudiées par l'équipe se trouvent dans les limites des objets pouvant être observés avec des télescopes, elles sont également parmi les plus anciennes connues.

L'équipe a nécessité 70 heures d'observation, utilisant quatre des plus grands télescopes au sol pour estimer leurs distances : ALMA (Atacama Large Millimeter Array), le VLT (Very Large Telescope) et le Gemini Southern Telescope, tous situés au Chili. – ainsi que les télescopes “Twin” Keck à Hawaï.

Ces mesures leur ont permis de confirmer qu'ils observaient ces galaxies alors que l'univers avait 550 millions d'années. Connaître l'âge et l'heure d'existence des galaxies a permis à l'équipe de calculer quand les premières étoiles sont nées.

Des estimations similaires ont été faites en utilisant uniquement des galaxies individuelles, mais il s'agit de la première estimation significative basée sur un ensemble représentatif d'entre elles.

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“Gourou zombie amical. Érudit passionné de la culture pop. Geek de voyage indépendant. Vouloir fauteur de troubles. Spécialiste du café.”


Les astronomes découvrent quand la première étoile de l'univers a brillé

Cette simulation de ce à quoi ressemblerait l'une des premières étoiles est basée sur des données astronomiques - beaucoup d'entre elles étaient plus massives que notre soleil et avaient une durée de vie relativement courte.

Les astronomes ont découvert quand les premières étoiles ont commencé à briller.

Ils disent que cette période, connue sous le nom d'« aube cosmique », s'est produite entre 250 et 350 millions d'années après le Big Bang.

Les résultats de l'étude, publiés dans la revue scientifique mensuelle britannique Notices of the Royal Astronomical Society, indiquent que les premières galaxies sont suffisamment brillantes pour être vues par le télescope spatial James Webb de la NASA, qui doit être lancé plus tard cette année.

Le but des travaux du professeur Richard Ellis, de l'University College London (UCL), au Royaume-Uni, était de découvrir quand l'aube cosmique a commencé.

Il a déclaré à BBC News : « Le Saint Graal regardait assez loin en arrière pour pouvoir voir la première génération d'étoiles et de galaxies. Et maintenant, nous avons la première preuve convaincante de la première immersion de l'univers dans la lumière des étoiles.”

L'équipe a analysé six des galaxies les plus éloignées. Ils étaient si loin que, même avec les télescopes les plus puissants du monde, ils ne pouvaient apparaître que de quelques pixels sur un écran d'ordinateur.

Ils sont également parmi les premiers à apparaître dans l'univers, et donc, au moment où leurs images sont prises par des télescopes sur Terre, ils sont vus peu de temps après le Big Bang.

Mesurant son âge, l'équipe a calculé le début de l'aube cosmique – lorsque les premières étoiles se sont formées. L'analyse a été menée par Nicholas Laporte du Kavli Institute of Astronomy à Cambridge, au Royaume-Uni.

C'est l'une des plus grandes questions de la cosmologie moderne. C'est la première fois que nous avons pu prédire à partir d'observations quand ce moment charnière de l'histoire de l'univers s'est produit.

Selon Laporte, obtenir le résultat était un rêve devenu réalité.

« C'est formidable de penser que des particules de lumière ont voyagé dans l'espace pendant plus de 13 milliards d'années, puis sont entrées dans le télescope. Ce qui est cool quand on est astrophysicien, c'est de pouvoir voyager dans le temps et voir le passé lointain », explique-t-il.

L'univers est apparu il y a 13,8 milliards d'années, lors du Big Bang. Après un éclair initial, il a traversé une période connue sous le nom d'âge des ténèbres cosmique. Selon la nouvelle étude, 250 à 350 millions d'années après le Big Bang, les premières étoiles sont apparues et ont apporté la lumière dans l'univers.

Surtout, la nouvelle analyse indique également que les premières galaxies sont suffisamment brillantes et se situent dans la plage pouvant être vue par le télescope spatial James Webb, le successeur du vénérable télescope spatial Hubble. Les astronomes pourront alors être témoins de ce moment charnière dans l'évolution de l'univers.

attribué à lui, qui – qui

Le VLT au Chili était l'un des six télescopes utilisés pour déterminer quand les premières étoiles ont commencé à briller.

La professeure Catherine Heymans, une astronome royale d'Écosse, se dit "extrêmement excitée" par cette possibilité.

"Il est étonnant qu'en tant qu'humains, en tant que petite civilisation sur la planète Terre, nous puissions créer un télescope que nous pouvons envoyer dans l'espace et que nous puissions jeter un coup d'œil dans le passé de l'univers, comme si ce n'était que quelques centaines de millions d'années après le Big Bang!"

Beaucoup des premières étoiles étaient très différentes de notre Soleil, elles étaient beaucoup plus denses et ne brûlaient que de l'hydrogène. Mais ces objets ont créé la prochaine génération d'étoiles qui a conduit à la formation d'éléments plus lourds sur le tableau périodique.

Tout sauf l'hydrogène, l'hélium et le lithium se forme à l'intérieur des étoiles lorsqu'elles explosent à la fin de leur vie.

Par conséquent, nous sommes, après tout, constitués d'étoiles nées près de l'aube cosmique.

« Parce que nous sommes nous-mêmes le produit d'une évolution stellaire, nous nous tournons vers nos propres origines », déclare Ellis.

Les chercheurs ont analysé la lumière des étoiles des galaxies à l'aide des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer. Ils ont estimé l'âge des galaxies en examinant la proportion d'atomes d'hydrogène dans l'atmosphère de leurs étoiles. Plus les étoiles sont grosses, plus la proportion d'atomes d'hydrogène est grande.

lui est attribué, Nicolas Laporte

C'est l'une des galaxies que les chercheurs ont étudiées, et vue seulement 500 millions d'années après le Big Bang, elle est si loin que même les télescopes les plus puissants du monde l'ont vue, elle a l'air pixelisée.

L'équipe a ensuite calculé à quelle distance se trouvent les galaxies. Comme la lumière de ces galaxies met du temps à nous atteindre, plus nous nous en éloignons, plus les astronomes les remarqueront.

Étant donné que les six galaxies étudiées par l'équipe se trouvent dans les limites des objets pouvant être observés avec des télescopes, elles sont également parmi les plus anciennes connues.

L'équipe a nécessité 70 heures d'observation, utilisant quatre des plus grands télescopes au sol pour estimer leurs distances : ALMA (Atacama Large Millimeter Array), le VLT (Very Large Telescope) et le Gemini Southern Telescope, tous situés au Chili. – ainsi que les télescopes “Twin” Keck à Hawaï.

Ces mesures leur ont permis de confirmer qu'ils observaient ces galaxies alors que l'univers avait 550 millions d'années. Connaître l'âge et l'heure d'existence des galaxies a permis à l'équipe de calculer quand les premières étoiles sont nées.

Des estimations similaires ont été faites en utilisant uniquement des galaxies individuelles, mais il s'agit de la première estimation significative basée sur un ensemble représentatif d'entre elles.

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Les astronomes découvrent une étoile record qui est presque aussi vieille que l'univers

Une autre étoile ancienne a été trouvée tapie dans la Voie lactée. À environ 35 000 années-lumière, une étoile géante rouge nommée SMSS J160540.18–144323.1 s'est avérée avoir les niveaux de fer les plus bas de toutes les étoiles jamais analysées dans la galaxie.

Cela signifie qu'il s'agit de l'une des étoiles les plus anciennes de l'Univers, appartenant probablement à la deuxième génération d'étoiles après l'apparition de l'Univers il y a 13,8 milliards d'années.

"Cette étoile incroyablement anémique, qui s'est probablement formée quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, a des niveaux de fer 1,5 million de fois inférieurs à ceux du Soleil", a expliqué l'astronome Thomas Nordlander du Centre d'excellence de l'ARC pour l'astrophysique du ciel en 3 Dimensions et l'Université nationale australienne.

"C'est comme une goutte d'eau dans une piscine olympique."

Et c'est ainsi que nous pouvons déterminer l'âge de l'étoile, car le tout premier Univers n'avait aucun métal. Les premières étoiles étaient principalement constituées d'hydrogène et d'hélium et étaient considérées comme très massives, très chaudes et à très courte durée de vie. Ces étoiles s'appellent Population III, et nous ne les avons jamais vues.

Les étoiles sont « alimentées » par la fusion nucléaire, où les noyaux atomiques d'éléments plus légers sont combinés pour créer des éléments plus lourds. Dans les étoiles plus petites, il s'agit principalement de la fusion de l'hydrogène en hélium. Mais dans les étoiles plus grandes - comme on pense que les étoiles de la population III l'ont été - des éléments allant jusqu'au silicium et au fer inclus peuvent être forgés.

Lorsque de telles étoiles finissent leur vie dans des explosions spectaculaires de supernova, elles crachant ces éléments dans l'Univers. Au fur et à mesure que de nouvelles étoiles se forment, les éléments s'y accrochent - et ainsi, la quantité de métal qu'une étoile contient est un indicateur fiable de quand elle s'est formée.

Par exemple, nous savons que le Soleil est à plusieurs - peut-être 100 - générations du Big Bang, d'après la métallicité de notre étoile.

Mais nous avons trouvé d'autres étoiles dans la Voie lactée qui ont une faible métallicité, indiquant une origine de l'Univers ancien. L'un de ces objets est 2MASS J18082002–5104378 B, le précédent détenteur du record de la plus faible teneur en fer de [Fe/H] = -4,07 ± 0,07 - environ 11 750 fois moins métallique que le Soleil.

Mais SMSS J160540.18–144323,1 est à [Fe/H] = -6,2 ± 0,2. Comme l'a dit Nordlander, c'est environ 1,5 million de fois moins métallique.

Il est peu probable que des étoiles de la population III aient survécu assez longtemps pour que nous puissions les étudier. Mais à travers les étoiles qui ont suivi, leurs histoires peuvent être démêlées.

Les chercheurs pensent que l'étoile qui a donné au SMSS J160540.18–144323,1 son fer avait une masse relativement faible pour l'Univers primitif, seulement environ 10 fois la masse du Soleil. C'est assez massif pour produire une étoile à neutrons et, après une supernova relativement faible, l'équipe pense que c'est ce qu'elle a fait.

Une explosion de supernova peut déclencher un processus rapide de capture de neutrons, ou processus r. Il s'agit d'une série de réactions nucléaires dans lesquelles des noyaux atomiques entrent en collision avec des neutrons pour synthétiser des éléments plus lourds que le fer.

Il n'y avait aucune preuve significative de ces éléments dans l'étoile, ce qui pourrait signifier que ces éléments ont été capturés par l'étoile à neutrons nouvellement morte. Mais suffisamment de fer s'est échappé pour qu'il soit incorporé dans la formation du SMSS J160540.18–144323.1.

C'était probablement l'un des tout premiers membres de cette deuxième génération d'étoiles.

Et c'est en train de mourir. C'est une géante rouge, ce qui signifie que l'étoile est à la toute fin de sa durée de vie, utilisant le dernier de son hydrogène avant de passer à la fusion à l'hélium.

L'équipe pense qu'une étude plus approfondie pourrait fournir encore plus d'informations sur les étoiles de la population III. Mais imaginez les histoires qu'il pourrait raconter s'il pouvait parler.


SM0313 : Découverte de la plus ancienne étoile connue

Cette image, tirée de Digital Sky Survey, montre SMSS J031300.36-670839.3 (centre de l'image). Crédit image : DSS.

L'étoile a été nommée SMSS J031300.36-670839.3 (SM0313 en abrégé). SMSS signifie SkyMapper Southern Sky Survey, le 031300 fait référence à l'ascension droite de l'étoile dans le ciel et le 670839.3 fait référence à la déclinaison.

SM0313 a une magnitude visuelle de 14,7 et est situé dans la constellation australe de l'Hydre, à environ 6 000 années-lumière de la Terre. Il s'est formé au sein de la 2e génération d'étoiles de l'Univers, peu de temps après l'explosion des toutes premières étoiles.

Pour trouver les premières générations d'étoiles, les astronomes recherchent de petites abondances des premiers éléments lourds créés, comme le fer. Des étoiles avec de très faibles abondances chimiques peuvent s'être formées peu de temps après le Big Bang il y a 13,7 milliards d'années.

« Les étoiles de première génération sont principalement des dizaines ou des centaines de fois plus massives que le Soleil. Ils vivent vite, meurent jeunes et n'ont pas survécu jusqu'à nos jours. L'étoile de deuxième génération que nous avons découverte est, d'autre part, un peu plus petite que le Soleil, ce qui lui confère une durée de vie énorme de plus de 13 milliards d'années », a expliqué le Dr Keller, qui est le premier auteur d'un article publié dans la revue. Nature (arXiv.org).

Pour trouver un tel candidat stellaire, le Dr Keller et ses collègues ont examiné les données spectrales de 60 millions d'étoiles étudiées avec le télescope SkyMapper. Ils ont analysé les données, éliminant toutes les étoiles avec des spectres similaires au Soleil - un analogue moderne avec des abondances chimiques relativement importantes, et ont identifié une poignée d'étoiles contenant de très faibles signatures chimiques.

Les astronomes ont ensuite examiné de plus près ces étoiles à l'aide du télescope Magellan de 6,5 m au Chili pour obtenir des données spectrales à haute résolution. À partir de ces données, ils ont analysé les raies d'absorption de chaque étoile (chaque élément chimique dégage une raie d'absorption caractéristique, ou longueur d'onde de la lumière, plus cette raie est faible, moins le produit chimique est présent).

Dans le cas de SM0313, l'équipe a calculé que la teneur en fer de l'étoile est au moins 10 millions de fois inférieure à celle du fer trouvé dans le Soleil, qui est la plus faible abondance de fer jamais détectée dans une étoile. La star, ont-ils conclu, doit être une véritable star de deuxième génération.

Le spectre du SMSS J031300.36-670839.3 ne contient pratiquement aucune raie d'absorption dans son spectre : les raies fortes proviennent de l'hydrogène et du carbone – à 4300A, et de l'atmosphère terrestre – à 5800 et 6300A et non de l'étoile elle-même . Crédit image : Anna Frebel.

« À vrai dire, nous ne savons pas vraiment quel âge a SM0313. C'est parce que, malheureusement, nous ne pouvons pas déterminer un âge spécifique de ces types d'objets. Cependant, la composition chimique de SM0313 nous indique qu'il s'agit d'une étoile de deuxième génération dans l'Univers, ce qui rend naturellement cette étoile presque aussi vieille que l'Univers lui-même », a déclaré la co-auteure, le Dr Anna Frebel du Massachusetts Institute of Technology et du Kavli Institute for Astrophysique et recherche spatiale.

Les astronomes ont également mesuré l'abondance de carbone dans le SM0313 et ont découvert que cet élément était en quantité beaucoup plus élevée - plus de 1 000 fois plus que le fer.

« L'écart est éclairant : selon les modèles informatiques, la formation stellaire se produit de l'intérieur vers l'extérieur. Les éléments chimiques qui sont fusionnés dans le noyau d'une étoile sont poussés plus loin vers son périmètre, laissant la place à de nouveaux éléments pour se former. Les couches externes de la toute première génération d'étoiles étaient probablement composées des premiers éléments lourds, laissant des éléments plus lourds comme le fer dans leurs noyaux. Selon la théorie, lorsque ces toutes premières étoiles ont explosé en supernovae, elles ont craché tous leurs éléments chimiques dans l'espace », a expliqué le Dr Frebel.

"Mais la nouvelle étoile de deuxième génération pourrait changer la compréhension des scientifiques quant à l'activité de la toute première génération d'étoiles."

Étant donné que SM0313 a à la fois une très faible teneur en fer et une teneur en carbone relativement élevée, l'équipe envisage un scénario alternatif : cette étoile est issue d'une étoile de première génération à faible énergie dont l'explosion a expulsé le contenu de ses couches externes, mais n'était pas assez forte pour libérer des produits chimiques tels que le fer de ses couches internes.

Le nuage de gaz résultant – riche en carbone et pauvre en fer – a finalement fusionné pour former SM0313.

"C'est la première fois que nous pouvons affirmer sans ambiguïté que nous avons trouvé l'empreinte chimique d'une première étoile", a déclaré le Dr Keller.

« C'est l'une des premières étapes pour comprendre à quoi ressemblaient ces premières étoiles. Ce que cette étoile nous a permis de faire, c'est d'enregistrer l'empreinte digitale de ces premières étoiles.

La composition de SM0313 montre qu'il s'est formé dans le sillage d'une étoile de première génération, qui avait une masse 60 fois supérieure à celle de notre Soleil.

"Pour créer une étoile comme notre Soleil, vous prenez les ingrédients de base que sont l'hydrogène et l'hélium du Big Bang et ajoutez une énorme quantité de fer - l'équivalent d'environ 1 000 fois la masse de la Terre", a déclaré le Dr Keller.

Il a ajouté : « on pensait auparavant que les étoiles primordiales mouraient dans des explosions extrêmement violentes qui ont pollué d'énormes volumes d'espace avec du fer. Mais l'ancienne étoile montre des signes de pollution avec des éléments plus légers tels que le carbone et le magnésium, et aucun signe de pollution avec le fer.

"Cela indique que l'explosion de la supernova de l'étoile primordiale était d'une énergie étonnamment faible. Bien que suffisants pour désintégrer l'étoile primordiale, presque tous les éléments lourds tels que le fer ont été consommés par un trou noir qui s'est formé au cœur de l'explosion.

La découverte de SM0313 donne aux astronomes une idée plus précise de ce qu'était l'Univers à ses débuts.

S.C. Keller et al. Une seule supernova à faible énergie et pauvre en fer comme source de métaux dans l'étoile SMSS J031300.36−670839.3. Nature, publié en ligne le 09 février 2014 doi : 10.1038/nature12990


Très vieilles étoiles dans l'univers - Astronomie

Edwin Hubble a divisé les galaxies en trois groupes de base en fonction de leur apparence : elliptiques, spirales et irrégulières. Les elliptiques sont lisses et ronds ou elliptiques, les spirales sont plates avec un motif en spirale dans leur disque, et les irrégulières ont des étoiles et du gaz en taches aléatoires. La plupart des galaxies sont petites et faibles, de sorte que seules les galaxies lumineuses sont visibles à de grandes distances. Ces galaxies spectaculaires ont tendance à être de type elliptique ou spirale, ce sont donc celles qui sont souvent présentées dans les manuels d'astronomie.

En 1936, Hubble a placé ces groupes sur une séquence à deux volets qui ressemble à un diapason parce qu'il pensait que les galaxies ont commencé comme des elliptiques, puis sont devenues des spirales, puis des irrégulières. Dans ce scénario, une galaxie pourrait prendre l'un des deux chemins. Cela pourrait prendre la broche supérieure et être une spirale régulière où les bras sortent directement du centre de la galaxie, ou cela pourrait prendre la broche inférieure et être un barré spirale avec les bras partant des extrémités d'une barre de gaz et d'étoiles passant par le centre. Les elliptiques sont subdivisés en fonction de leur rondeur et les spirales sont subdivisées en fonction de la liberté de leurs bras et de la taille de leur noyau.

Les astronomes savent maintenant qu'il ne s'agit PAS d'une séquence évolutive car chaque type de galaxie possède de très vieilles étoiles. Les étoiles les plus anciennes de toutes les galaxies ont toutes à peu près le même âge, soit environ 13 milliards d'années. Cela signifie que les spirales se forment comme des spirales, les elliptiques se forment comme des elliptiques et les irrégulières se forment comme des irrégulières. Cependant, le diagramme du « diapason » est toujours utilisé pour classer les galaxies en raison de sa commodité.

Les galaxies elliptiques sont sous-classées selon leur planéité. Le nombre à côté du "E" dans le diagramme du diapason = 10 & 215 (plus grand diamètre - plus petit diamètre) / (plus grand diamètre), donc une galaxie E7 est plus plate qu'une galaxie E0. La forme aplatie n'est pas due à l'aplatissement rotationnel mais à la façon dont les orbites sont orientées et à la distribution des vitesses des étoiles. La plupart des vélos elliptiques sont petits et légers. Les elliptiques naines peuvent être le type de galaxie le plus courant dans l'univers (ou peut-être les irrégulières naines le sont). Les petites galaxies classées comme « sphéroïdes naines » sont encore plus faibles que la plupart des elliptiques naines, mais les sphéroïdes naines peuvent n'être qu'une continuation des elliptiques naines à des tailles plus petites et elles peuvent avoir aussi peu que quelques centaines d'étoiles. Des exemples de galaxies elliptiques sont M32 (une elliptique naine E2 à côté de la galaxie d'Andromède) et M87 (une énorme elliptique au centre de l'amas de la Vierge). La séquence d'images ci-dessous partant du haut à gauche et se déplaçant dans le sens des aiguilles d'une montre : Messier 32 (satellite E2 de la galaxie d'Andromède), Messier 87 (une énorme elliptique au centre de l'amas de la Vierge), Lion I (=UGC 5470, E3 elliptique naine en local Group), Messier 110 (autre satellite de la galaxie d'Andromède, type E6)


L'univers a presque fini de faire des étoiles

La formation d'étoiles est maintenant 30 fois plus faible qu'à son apogée il y a 11 milliards d'années.

Like many of the most famous objects in the sky, globular cluster Messier 10 was of little interest to its discoverer: Charles Messier, the 18th century French astronomer, catalogued over 100 galaxies and clusters, but was primarily interested in comets. Through the telescopes available at the time, comets, nebulae, globular clusters and galaxies appeared just as faint, diffuse blobs and could easily be confused for one another. Only by carefully observing their motion — or lack of it — were astronomers able to distinguish them: comets move slowly relative to the stars in the background, while other more distant astronomical objects do not move at all. Messier’s decision to catalogue all the objects that he could find and that were not comets, was a pragmatic solution which would have a huge impact on astronomy. His catalogue of just over 100 objects includes many of the most famous objects in the night sky. Messier 10, seen here in an image from the NASA/ESA Hubble Space Telescope, is one of them. Messier described it in the very first edition of his catalogue, which was published in 1774 and included the first 45 objects he identified. Messier 10 is a ball of stars that lies about 15 000 light-years from Earth, in the constellation of Ophiuchus (The Serpent Bearer). Approximately 80 light-years across, it should therefore appear about two thirds the size of the Moon in the night sky. However, its outer regions are extremely diffuse, and even the comparatively bright core is too dim to see with the naked eye. Hubble, which has no problems seeing faint objects, has observed the brightest part of the centre of the cluster in this image, a region which is about 13 light-years across. This image is made up of observations made in visible and infrared light using Hubble’s Advanced Camera for Surveys. The observations were carried out as part of a major Hubble survey of globular clusters in the Milky Way. A version of this image was entered into the Hubble’s Hidden Treasures Image Processing Competition by contestant flashenthunder. Hidden Treasures is an initiative to invite astronomy enthusiasts to search the Hubble archive for stunning images that have never been seen by the general public. The competition has now closed and the results will be published soon.

In its youth, the universe was a roiling soup of star ingredients, with new stars forming rapidly. But now it’s much quieter, and things are not expected to get more exciting anytime soon, astronomers say. For the first time, astronomers have figured out the universe’s star-birth rate, and found that today, it’s 30 times lower than its likely peak some 11 billion years ago. As a result, all of the future stars may be no more than a 5 percent increase above what we’ve got now.

Astronomers figured this out by taking snapshots of the universe at 2, 4, 6 and 9 billion years of age. (It’s 13.7 billion years old now.) The results show a clear decline in star-forming activity. A team led by David Sobral at Leiden Observatory studied the universe’s hydrogen-alpha emission line, which is a reliable indicator of star formation. They used Japan’s Subaru Telescope and the United Kingdom Infrared Telescope (UKIRT) on Mauna Kea in Hawaii, and the Very Large Telescope in Chile, covering a huge portion of the sky.

The team’s observing area encompassed the largest sky samples ever, more than 10 times larger than any previous samples. Observing the cosmos at different ages–so at different distances–with the same observational technique provides an apples-to-apples comparison.

It turns out that half the stars in existence now formed more than 9 billion years ago, and it took just 2 billion years to form all of them. The other half took almost five times as long to produce. If this trend continues, the universe will only get 5 percent more stars, even if we wait forever, the scientists say.

“We are clearly living in a universe dominated by old stars. All of the action in the universe occurred billions of years ago,” Sobral said in a statement.


Astronomers spy a Milky Way–like galaxy in very early universe

Astronomers imagine the early universe as a wild and lawless place, with chaotic fledgling galaxies full of swirling gases and frantic star formation. So an image released today comes as a surprise: a young galaxy, spied when the universe was just 10% of its current age, that looks remarkably like our calm and well-ordered Milky Way.

It’s not easy to make out galactic features across 12 billion light-years of space. That’s even true for the supersensitive Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), 66 radio telescopes high in the Chilean Andes that work together as a single instrument. But a team of astronomers used archival data gathered by ALMA in 2017 to take a look at a distant galaxy called SPT–SJ041839–4751.9, or just SPT0418–47 to friends, at a young age, 1.4 billion years after the big bang.

SPT0418–47 happens to have another galaxy in direct line of sight between it and Earth. The mass of that closer galaxy acts as a gravitational lens, bending SPT0418–47’s rays toward Earth so that ALMA can get a better image. That lensed image appears at first sight as a ring of fire (pictured). But the astronomers used computer modeling to reconstruct what SPT0418–47 really looks like. Reporting today in Nature , they reveal it has a rotating disk and a bulge around its center just like the Milky Way. Such features were thought to form much later in galactic evolution.

This and similar discoveries are pushing astronomers to look again at how galaxies can have evolved to an apparently mature stage in such a short time.

Daniel Clery

Daniel is La science’s senior correspondent in the United Kingdom, covering astronomy, physics, and energy stories as well as European policy.


Voir la vidéo: Une ÉTOILE plus VIEILLE que LUNIVERS? EC (Septembre 2021).