L’Univers primordial avait un problème. Les premières générations d’étoiles, composées presque entièrement d’hydrogène et d’hélium, produisaient des éléments plus lourds par fusion nucléaire. Lorsque ces étoiles explosaient en supernovae, elles ensemengaient le gaz environnant de métaux, carbone, oxygène, silicium, qui finiraient par coalescer pour former des planètes et de nouvelles étoiles. Mais entre l’explosion et la prochaine génération de formation stellaire, quelque chose d’essentiel devait se produire. Les métaux devaient s’agglomérer en grains de poussière.
La poussière n’est pas optionnelle dans l’évolution des galaxies. Elle refroidit les nuages de gaz, permet la formation de molécules et fournit la matière première des systèmes planétaires. Sans elle, la formation d’étoiles est inefficace et les planètes ne peuvent pas se former. Cependant, comprendre comment fonctionnaient les premières usines cosmiques de poussière a été difficile car les galaxies qui les produisaient sont trop lointaines et trop faibles pour une observation détaillée.
JWST a trouvé une solution en observant une galaxie bien plus proche de nous.
Une analogie pour l’Univers primordial
Sextans A est une galaxie naine située à 4,6 millions d’années-lumière de la Terre, à la limite du Groupe local. Sa composition chimique est inhabituelle pour une galaxie proche : elle ne contient que 1 à 7 % des éléments lourds présents dans le Soleil. Cela en fait une excellente analogie pour les galaxies pauvres en métaux qui peuplaient l’Univers primordial, où les éléments lourds étaient rares.
Une équipe dirigée par Claudio Gavetti à l’Institut national d’astrophysique (INAF) d’Italie a utilisé les instruments NIRCam et MIRI de JWST pour cartographier l’ensemble de la population stellaire de Sextans A. Ils recherchaient des étoiles en phase de branche asymptotique des géantes (AGB), un stade avancé de l’évolution stellaire où les étoiles plus grandes que le Soleil épuisent l’hélium dans leur noyau et commencent à gonfler, devenant jusqu’à mille fois plus brillantes. Pendant cette phase, les étoiles AGB sont connues pour produire et expulser des quantités importantes de poussière.
L’étude a révélé qu’environ 90 % des étoiles AGB de Sextans A ne présentaient pas d’enveloppes de poussière détectables. Mais environ 20 étoiles étaient enfouies dans d’épaisses coquilles de poussière, formées il y a 2 à 3 milliards d’années à partir d’étoiles ayant une masse initiale d’environ 1,5 fois celle du Soleil.
Identifier les véritables producteurs de poussière
Cette découverte précise quelles étoiles de l’Univers primordial étaient responsables de l’enrichissement du cosmos. La vision conventionnelle voulait que les étoiles AGB soient les principales usines à poussière, mais les données de JWST montrent que seul un sous-ensemble spécifique, les étoiles de masse intermédiaire dans une gamme étroite, produit les épaisses coquilles de poussière capables d’ensemencer la formation stellaire ultérieure.
Flavia Dell’Agli, également de l’INAF, a déclaré que les données permettaient à l’équipe de comparer directement les observations avec les modèles théoriques d’évolution stellaire. “La valeur de ces données ne réside pas seulement dans les images, mais dans la capacité à les comparer aux modèles théoriques et à vérifier dans quelle mesure ils décrivent correctement l’évolution des étoiles”, a-t-elle déclaré.
L’étude, publiée dans l’Astrophysical Journal, démontre une méthode pour étudier l’Univers primordial sans avoir à observer directement des galaxies lointaines. En trouvant la bonne analogie locale, JWST peut résoudre des étoiles individuelles et leur production de poussière, un niveau de détail qui reste impossible pour les galaxies situées à des milliards d’années-lumière.
Traduit par Lydie