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Record : cette étoile est presque aussi ancienne que le Big Bang !

De son petit nom, 2MASS J18082002-5104378, cette étoile binaire est si pauvre en éléments lourds qu'elle a dû se former il y a 13,5 milliards d'années donc, peu de temps après le Big Bang. On sait aujourd'hui qu'elle contient une étoile de faible masse, laissant penser que d'autres de ce genre, encore plus vieilles, dites « de type III », pourraient exister encore dans la Voie lactée.


Nommée 2MASS J18082002-5104378, cette étoile binaire spectroscopique est découverte depuis plusieurs années. Son analyse spectrale avait déjà été entreprise pour déterminer la composition chimique de son atmosphère et pour estimer sa composition globale. Qui dit « binaire spectroscopique », dit que l'astre compagnon ne peut pas se voir directement mais que ses effets gravitationnels se perçoivent sous forme d'un effet Doppler sur les raies spectrales de l'étoile ; celle-ci est alors en mouvement orbital autour du centre de masse du système binaire qu'elle constitue avec lui. On pensait à l'époque qu'une étoile à neutrons ou un trou noir, astres peu lumineux, étaient les responsables de ce décalage spectral périodique.

Par contre, on avait déjà découvert que 2MASS J18082002-5104378 faisait partie des étoiles de type ultra metal-poor, à savoir ultra-pauvres en métaux, ce qui signifie qu'elle contient très peu d'éléments plus lourds que l'hélium et l'hydrogène. Pour un astrophysicien, cet état de fait permet d'en tirer bien d'autres informations. La théorie du Big Bangnous dit que le gaz d'atome laissé par la naissance du cosmos observable est justement constitué d'hydrogène, d'hélium, et leurs isotopes; ainsi que d'une infime fraction de lithium. Mais certainement pas d'éléments plus lourds comme le carbone, l'oxygène, l'azote et encore moins le fer ou l'or. Ces éléments lourds sont le produit de la nucléosynthèse stellaire et pas de la nucléosynthèse primordiale.

Dans les galaxies, cette nucléosynthèse stellaire est particulièrement active avec les étoiles massives. Mais, au-delà de 8 à 10 masses solaires et au bout de quelques millions d'années, celle-ci va exploser en supernova, en rejetant le produit de leur alchimie cosmique. Ainsi, le milieu interstellaire dans les galaxies évolue et s'enrichit en éléments lourds. C'est dans cette chimie que vont naître de nouvelles étoiles qui, à leur tour, suivront la même trajectoire évolutive si elles sont suffisamment massives.

Des étoiles de population III pourraient encore exister dans la Voie lactée

Le contenu en éléments lourds de 2MASS J18082002-5104378 est si faible que l'étoile doit être âgée de 13,5 milliards d'années environ ; de fait, elle est l'une des plus anciennes connues. Elle fait partie des étoiles qui se sont formées quasiment avec la matière initiale du Big Bang. Un peu surprenant puisqu'elle se trouve dans une orbite circulaire dans le plan mince de la Voie lactée alors que des étoiles UMP de ce genre se trouvent plutôt sur des étoiles sur des orbites inclinées par rapport au plan galactique. De fait, 2MASS J18082002-5104378 est l'UMP au plus faible contenu en éléments lourds connus dans le disque mince de la Voie lactée à défaut de l'étoile détenant le record dans la Galaxie.

Une équipe d'astronomes vient aujourd'hui d'annoncer via un article sur arXiv qu'elle était allée plus loin dans la caractérisation de 2MASS J18082002-5104378. Le compagnon de l'étoile principale 2MASS J18082002-5104378 A n'est pas un astre compact. C'est une étoile de faible masse baptisée comme il se doit, 2MASS J18082002-5104378 B ; sa masse est d'environ 0.10 masse solaire alors que 2MASS J18082002-5104378 A en contient environ 0.7.

2MASS J18082002-5104378 B est donc juste au-dessus de la masse nécessaire pour que débute la fusion de l'hydrogène mais surtout, cela a des conséquences sur la théorie de la naissance des toutes premières étoiles, celles dites « de population III ».

On sait que ces étoiles devaient être assez massives, trop justement, pour qu'elles puissent vraiment s'accompagner de la naissance d'étoiles de faibles masses dans un système binaire mais les simulations numériques laissaient une porte ouverte. La découverte de 2MASS J18082002-5104378 B laisse maintenant penser que des systèmes binaires, encore plus vieux mais contenant des étoiles de faibles masses originales, existent peut-être encore, en quantités non négligeables dans la Voie lactée et même, pas très loin du Soleil.

Record : une étoile âgée d'au moins 13,2 milliards d'années

Article de Laurent Sacco publié le 17/01/2013

Ce n'est pas la première fois que l'on découvre une étoile de la Voie lactée dont l'âge est presque celui de l'univers observable. Mais selon de récentes déclarations au cours du colloque de l'American Astronomical Society, l'âge de l'étoile HD 140283 est celui le mieux déterminé. Il serait de plus de 13,2 milliards d'années, ce qui fait de cette étoile la plus vieille connue à ce jour.

Le catalogue Henry Draper (HD) regroupe les données sur plus de 225.000 étoiles dont les magnitudes apparentes vont jusqu'à 9 environ. Établi au début du XXe siècle par l'astronome Annie Jump Cannon et ses collègues du Harvard College Observatory, il couvre presque toute la voûte céleste. Il tire son nom d'un pionnier de l'astrophotographie, qui fut le premier à obtenir un spectre stellaire, celui de Véga, en 1872.

À sa mort, sa veuve avait financé la réalisation de ce catalogue, par la suite largement utilisé par les astronomes. Voilà pourquoi plusieurs étoiles de la Voie lactée étudiées pour leurs exoplanètes sont référencées par les lettres HD, comme, par exemple, HD 10180 et HD 40307.


Extrait du documentaire Du Big bang au Vivant (www.dubigbangauvivant.com). Jean-Pierre Luminet parle de l'évolution des étoiles de type solaire, leur transformation en géantes rouges puis en naines blanches. © ECP Productions

HD 140283, une étoile de seconde génération

Aujourd'hui, le nom d'une étoile du catalogue de Draper occupe temporairement le devant de la scène : HD 140283. Elle est l'objet de diverses études depuis quelque temps et vient d'être placée sous les feux de l'actualité. Si l'on en croit une déclaration faite le 10 janvier 2012 par Howard Bond, un astronome de la Pennsylvania State University, lors du colloque de l'American Astronomical Society à Long Beach en Californie, on vient enfin de cerner son âge.

Située à seulement 190 années-lumière de la Terre (donc bien sûr dans la Voie lactée), HD 140283 aurait au moins 13,2 milliards d'années. Rappelons que selon la dernière estimation de l'âge de l'univers observable obtenue à l'aide du rayonnement fossile, celui-ci a 13,77 milliards d'années. On savait qu'elle était pauvre en éléments lourds et donc constituée presque exclusivement d'hydrogène et d'hélium, une preuve de son ancienneté étant donné que selon la théorie du Big Bang, ce sont de multiples générations d'étoiles qui font augmenter le taux de ces éléments lourds dans l'univers au cours du temps.


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