Le blog de cepheides

Publié le 8 Mai 2013 par cepheides

Publié dans : #astronomie

DE L'ASTRONOMIE : HD 140283, retour sur les étoiles primordiales

Les étoiles dites primordiales ont déjà fait l’objet d’un article (voir sujet : les étoiles primordiales) et si je souhaite en reparler aujourd’hui, c’est en raison de l’étude récente d’un astre baptisé par les astronomes HD 140283, étoile fort ancienne et d’ailleurs surnommée « étoile-Mathusalem ». Il s’agit d’un objet très observé ces dernières années et sur lequel nous possédons à présent plus de précisions. Au préalable, je rappellerai néanmoins brièvement ce que sont ces étoiles primordiales avant d’aborder ce qui fait l’intérêt de cet astre si âgé.

Les étoiles primordiales

Au tout début, lorsque l’Univers était encore dans ses premiers instants, les toutes nouvelles galaxies étaient probablement plus petites et presque entièrement composées d’étoiles géantes bleues, c'est-à-dire jeunes. Ces premières étoiles étaient en fait – c’est l’hypothèse la plus probable - des étoiles supergéantes, peut-être 100 à 150 fois la taille du Soleil. Qui dit étoiles supergéantes, dit également vie stellaire courte et, de fait, cette première génération n’a probablement vécu que quelques millions d’années (à comparer avec notre Soleil, une naine jaune, dont la longévité est de l’ordre de dix milliards d’années, voire avec la majorité des étoiles de nos galaxies, des naines rouges pouvant vivre des dizaines de milliards d’années). On comprend aisément que la première génération d’étoiles géantes a certainement disparu depuis longtemps.

Comment le sait-on ? La réponse est aisée. Au début de l’Univers, juste après le Big bang, il n’y avait dans le cosmos que de l’hydrogène et de l’hélium. Toutefois, le temps passant, les premières géantes stellaires se sont mises à fabriquer des éléments plus lourds, par exemple l’oxygène, le carbone ou le fer et c’est en explosant lors de leur fin de vie (si courte) qu’elles ont ensemencé leur environnement, permettant aux générations suivantes d’utiliser ces métaux lourds. De coup, toute étoile (comme le Soleil) possédant ces dits éléments ne peut être de la première génération : on peut même avancer que plus une étoile contient d’éléments lourds, plus elle est vraisemblablement d’une génération récente.

Les télescopes actuels voient de plus en plus loin (donc de plus en plus dans le passé) et ont réussi à repérer des étoiles très très pauvres en éléments lourds et donc certainement très anciennes. Malheureusement, elles sont également très éloignées de notre système solaire et présentent donc un double désavantage : d’abord, vu leur éloignement, il est encore bien difficile aujourd’hui de les étudier convenablement et, d’autre part, située loin dans le passé, elles ne sont pas vraiment représentative de l’état actuel de notre Univers. C’est ici qu’entre en lice, notre vieille étoile HD 140283.

L’étoile HD 140283

Précisons tout d’abord qu’il ne s’agit pas d’une découverte récente. Déjà, dans les années 1950, les astronomes s’étaient intéressés à elle en raison de sa faible métallicité (sa pauvreté en éléments lourds) mais surtout en raison d’une particularité : sa très grande rapidité de déplacement (ce fut une des premières découvertes d’étoiles « à grande vitesse ») car elle voyage à la vitesse record de 1,23 million de km/h. Observée dans la constellation de la Balance, il s’agit en fait d’une étoile vagabonde (ou étoile en fuite) qui, provenant du halo galactique (c'est-à-dire la partie extérieure de la Voie lactée où se trouvent les plus anciennes étoiles) se dirige vers le centre galactique et passe actuellement à notre proximité. Elle faisait probablement partie d’une galaxie naine « capturée » par la Voie lactée, il y a 12 milliards d’années. Grâce au télescope Hubble, une équipe américaine a pu mesurer son éloignement du Soleil : 190 années-lumière ce qui, en terme astronomique, est dérisoire. Elle possède une orbite très allongée qui la reconduira certainement dans son halo d’origine après passage dans le centre de la Galaxie. On a donc affaire à une visiteuse temporaire…

Les vieilles étoiles et l’âge de l’Univers

Nous avons vu que les plus anciennes étoiles, celles qui sont « chronologiquement proches » des étoiles primordiales, se trouvent dans le halo, l’extérieur galactique, et plus encore dans les amas globulaires situés à des milliers d’années-lumière de nous. Donc difficiles à étudier. Au point que dans les années 1960, on avait calculé qu’elles étaient plus anciennes que l’Univers lui-même ce qui est évidemment impossible ! Heureusement, en 1998, on a mis en évidence l’expansion accélérée de l’Univers (voir le sujet : l’expansion de l'Univers) ce qui rend ce dernier « moins jeune » que supposé. En 2013, les dernières données permettent d’estimer son âge à 13,8 milliards d’années… encore trop jeune pour HD 140283 dont l’âge estimé vers l’an 2000 était de… 16 milliards d’années. Il y avait certainement une erreur quelque part… On recommença donc les calculs pour notre vieille étoile ce qui n’est, comme on va le voir, pas si simple.

Pour calculer l’âge d’une étoile, les astronomes recourent à deux paramètres principaux :

1. la métallicité que nous avons déjà évoquée. L’idéal est alors une étoile en fin de vie, au moment où elle a presque épuisé sa réserve d’hydrogène. C’est en effet à ce stade que l’étoile va se transformer en géante rouge et qu’elle commence à augmenter sa luminosité ce qui la rend plus facile à détecter. On compare alors son abondance en éléments lourds par rapport à un modèle théorique d’évolution stellaire. Cela n’est toutefois pas suffisant car il faut également connaître

2. l’éloignement de l’étoile. Dans le cas de HD 140283, on a dit qu’il s’agissait d’une étoile à déplacement rapide or les ondes lumineuses qui en proviennent sont, spectralement parlant, naturellement décalées. C’est ici que le télescope Hubble rend un service inestimable en permettant une étude de ce que l’on appelle la parallaxe, c'est-à-dire la mesure de la position de l’étoile selon deux positions opposées de l’orbite terrestre autour du Soleil, mesures effectuées à six mois d’intervalle.

Enfin, un dernier élément est à prendre en compte : nous savons depuis peu que l’hélium, plus lourd, a tendance à repousser l’hydrogène en périphérie d’un astre et, du coup, il est facile de surestimer sa quantité et donc l’âge de l’étoile…

Tenant compte de tous ces éléments, l’âge de HD 140283 a été recalculé et ramené à… 14,46 milliards d’années. Toujours plus important que celui de l’Univers ? Eh bien non car l’incertitude du calcul étant de + ou – 800 millions d’années, l’âge de notre étoile devient cohérent avec celui de l’Univers.

La recherche des premières étoiles

HD 140283 n’est pas la plus vieille étoile observée dans notre cosmos. J’avais signalé dans le sujet sur les étoiles primordiales la découverte par une équipe européenne d’un objet ne possédant pas du tout d’éléments lourds et donc formidablement âgé. Il s’agit d’une étoile naine repérée dans la constellation du Lion mais située à plus de 4000 années-lumière de nous ce qui rend son étude plus délicate. Mais est-elle vraiment une des toutes premières étoiles puisqu’on prétend que celles-ci ne peuvent être que des géantes à courtes durées de vie ?

Par sa relative proximité, HD 140283 est bien sûr plus facile à étudier (tout est relatif). Décrite (à tort) comme la plus vieille étoile connue et puisqu’elle possède quelques traces d’éléments lourds, il s’agit là très certainement d’une étoile de seconde génération qui a pu être transitoirement contemporaine des vraies étoiles primordiales. Son observation participe à une compréhension de plus en plus aiguë des premiers instants de notre environnement. Il reste beaucoup à faire mais les années à venir seront fertiles en nouvelles données. Je pense, par exemple, au lancement du satellite européen Gaïa qui a eu lieu avec succès le 19 décembre 2013 et qui devrait permettre d’affiner encore un peu plus notre connaissance de notre vieille étoile mais pas seulement puisqu’une de ses missions sera de faire la chasse aux étoiles de première génération. S’il en existe encore évidemment.

Affirmons une fois de plus qu’il n’est pas vain de multiplier ce genre d’observations – même et surtout en temps de crise - car on dit à juste titre que connaître son passé, c’est pouvoir plus facilement interpréter son présent. Et peut-être aussi anticiper l’avenir.

Sources

1 Ciel et Espace, n° 516, mai 2013

2. Wikipedia.org

3. hubblesite.org

4. futura-sciences

Images

1. HD 140283 (sources : flashespace.com)

2. étoiles primordiales (vue d'artiste) (sources : sciencesetavenir.nouvelobs.com)

3. une étoile vagabonde, 30 DOR 016 (sources : news.nationalgeographic.com)

4. amas globulaire Messier 13 (sources : ac-nice.fr)

5. calcul de parallaxe (sources : web.cala.asso.fr)

6. le satellite Gaïa (sources : flashespace.com)