Source de l'image: CfA
Selon les cosmologistes, l'Univers primitif ne disposait que d'un mélange d'hydrogène, d'hélium et d'autres éléments plus légers, mais aucun des éléments plus lourds nécessaires au carbone naturel. À partir des gaz d'origine, des étoiles géantes se sont formées - certaines étaient 200 fois plus grandes que notre Soleil - ont vécu pendant une courte période, souvent seulement quelques millions d'années. Ces étoiles géantes ont converti jusqu'à 50% de leur matière en éléments plus lourds, principalement du fer, avant d'exploser violemment en supernovae. Le télescope James Webb, dont le lancement est prévu après 2011, sera si sensible qu'il devrait pouvoir regarder en arrière pour regarder ces supernovae se produire.
L'univers primitif était un désert stérile d'hydrogène, d'hélium et d'une touche de lithium, ne contenant aucun des éléments nécessaires à la vie telle que nous la connaissons. De ces gaz primordiaux sont nés des étoiles géantes 200 fois plus massives que le Soleil, brûlant leur carburant à un rythme si prodigieux qu'ils n'ont vécu que 3 millions d'années avant d'exploser. Ces explosions ont craché des éléments comme le carbone, l'oxygène et le fer dans le vide à des vitesses énormes. De nouvelles simulations des astrophysiciens Volker Bromm (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), Naoki Yoshida (Observatoire astronomique national du Japon) et Lars Hernquist (CfA) montrent que la première «plus grande génération» d'étoiles a réparti des quantités incroyables d'éléments lourds sur des milliers d'années-lumière d'espace, ensemencant ainsi le cosmos avec l'étoffe de la vie.
Cette recherche est publiée en ligne à http://arxiv.org/abs/astro-ph/0305333 et sera publiée dans un prochain numéro de The Astrophysical Journal Letters.
«Nous avons été surpris par la violence des premières explosions de supernova», explique Bromm. "Un univers qui était dans un état de tranquillité vierge a été rapidement et irréversiblement transformé par un apport colossal d'énergie et d'éléments lourds, ouvrant la voie à la longue évolution cosmique qui a finalement conduit à la vie et à des êtres intelligents comme nous."
Environ 200 millions d'années après le Big Bang, l'univers a subi une explosion spectaculaire de formation d'étoiles. Ces premières étoiles étaient massives et brûlaient rapidement, fusionnant rapidement leur carburant hydrogène en éléments plus lourds comme le carbone et l'oxygène. Vers la fin de leur vie, désespérées d'énergie, ces étoiles ont brûlé du carbone et de l'oxygène pour former des éléments de plus en plus lourds jusqu'à atteindre la fin de la ligne avec le fer. Comme le fer ne peut pas être fusionné pour créer de l'énergie, les premières étoiles ont alors explosé en supernovae, faisant exploser les éléments qu'elles avaient formés dans l'espace.
Chacune de ces premières étoiles géantes a converti environ la moitié de sa masse en éléments lourds, en grande partie du fer. En conséquence, chaque supernova a projeté jusqu'à 100 masses solaires de fer dans le milieu interstellaire. Les affres de la mort de chaque étoile ont ajouté à la générosité interstellaire. Par conséquent, à l'âge remarquablement jeune de 275 millions d'années, l'univers était substantiellement semé de métaux.
Ce processus d'ensemencement a été facilité par la structure de l'univers infantile, où de petites protogalaxies inférieures à un millionième de la masse de la Voie lactée se sont entassées comme des personnes dans une voiture de métro bondée. Les petites tailles et distances entre ces protogalaxies ont permis à une supernova individuelle de semer rapidement un volume d'espace important.
Les simulations de superordinateurs de Bromm, Yoshida et Hernquist ont montré que les explosions de supernova les plus énergiques envoyaient des ondes de choc qui projetaient des éléments lourds jusqu'à 3000 années-lumière. Ces ondes de choc ont balayé d'énormes quantités de gaz dans l'espace intergalactique, laissant derrière elles des «bulles» chaudes et ont déclenché de nouvelles séries de formation d'étoiles.
L'expert de Supernova, Robert Kirshner (CfA), déclare: «Aujourd'hui, c'est une théorie fascinante, basée sur notre meilleure compréhension du fonctionnement des premières étoiles. Dans quelques années, lorsque nous construirons le télescope spatial James Webb, le successeur du télescope spatial Hubble, nous devrions pouvoir voir ces premières supernovae et tester les idées de Volker. Restez à l'écoute!"
Lars Hernquist note que la deuxième génération d'étoiles contenait des éléments lourds de la première génération - des graines à partir desquelles des planètes rocheuses comme la Terre pouvaient se développer. "Sans cette première, la" plus grande génération "d'étoiles, notre monde n'existerait pas."
Basé à Cambridge, dans le Massachusetts, le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics est une collaboration conjointe entre le Smithsonian Astrophysical Observatory et le Harvard College Observatory. Les scientifiques du CfA, organisés en six divisions de recherche, étudient l'origine, l'évolution et le destin ultime de l'univers.
Source originale: Communiqué de presse de l'ACP
