Le télescope Hubble a détecté l'étoile la plus éloignée jamais observée

Lorsque le célèbre écrivain britannique John Ronald Reuel Tolkien, plus connu sous le nom de J.R.R. Tolkien, a écrit à l'été 1914 Le voyage d'Eärendel, l'étoile du soir, dans la ferme de sa tante en Angleterre, il n'a jamais pensé que plus de 100 ans plus tard, cela a créé le nom serait désignée à l'étoile la plus éloignée jamais découverte par l'humanité.

Le télescope spatial Hubble de la NASA a établi une nouvelle référence extraordinaire : détecter la lumière d'une étoile qui a existé dans les premiers milliards d'années après la naissance de l'univers dans le Big Bang, ce qui en fait l'étoile la plus éloignée jamais vue jusqu'à ce jour.

La découverte est un grand pas en arrière dans le temps par rapport au précédent record d'une seule étoile ; Hubble l'a repéré en 2018. Cette étoile existait lorsque l'univers avait environ 4 milliards d'années, soit 30 pour cent de son âge actuel, à une époque que les astronomes appellent un « décalage vers le rouge de 1,5 ». Les scientifiques utilisent le terme « redshift » car à mesure que l'univers s'étend, la lumière provenant d'objets éloignés s'étire ou « se déplace » vers des longueurs d'onde plus longues et plus rouges lorsqu'elle se déplace vers nous.

L'étoile nouvellement détectée est si loin que sa lumière a mis 12,9 milliards d'années à atteindre la Terre, et il nous semble que l'univers n'avait que 7% de son âge actuel, avec un décalage vers le rouge de 6,2. Les plus petits objets vus plus tôt à une si grande distance sont des amas d'étoiles dans des galaxies primitives.

« Au début, nous n'y croyions guère : elle était beaucoup plus éloignée que l'étoile précédente la plus éloignée du redshift », a déclaré l'astronome Brian Welch de l'université Johns Hopkins de Baltimore, auteur principal de l'article décrivant la découverte, publié sur 30 mars dans la revue Nature. La découverte a été faite à partir de données recueillies dans le cadre du programme Hubble Gravitational Lens Reionization Study (RELICS), dirigé par le co-auteur Dan Coe au Space Telescope Science Institute, également à Baltimore.

« Normalement, à ces distances, des galaxies entières voient de petits points, où se mélange la lumière de millions d'étoiles », a déclaré Welch. « La galaxie qui abrite cette étoile a été agrandie et déformée par des lentilles gravitationnelles en une longue demi-lune que nous appelons l'Arc de l'Aurore. » Après avoir étudié la galaxie en détail, Welch prolonge que l'un des éléments est une étoile extrêmement magnifiée qu'il a appelée Earendel, ce qui signifie « étoile du matin » en anglais ancien. La découverte promet d'ouvrir une ère inexplorée de formation d'étoiles très précoce.

« Earendel existait il y a si longtemps qu'il n'avait peut-être pas toutes les mêmes matières premières que les étoiles qui nous entourent aujourd'hui », a expliqué Welch. « L'étude d'Earendel sera une fenêtre sur une époque de l'univers que nous ne connaissons pas, mais qui a mené à tout ce que nous savons. C'est comme si nous avions lu un livre très intéressant, mais nous commençons par le deuxième chapitre, et maintenant nous allons avoir l'occasion de voir comment tout a commencé », a déclaré Welch.

Quand les étoiles s'alignent

L'équipe de recherche estime qu'Earendel a au moins 50 fois la masse de notre Soleil et est des millions de fois plus brillant, rivalisant avec les étoiles les plus massives connues. Mais même une étoile aussi brillante et massive serait impossible de voir une si grande distance sans l'aide de l'augmentation naturelle produite par un énorme amas de galaxies, WHL0137-08, qui se trouve entre nous et Earendel. La masse de l'amas galactique déforme le tissu de l'espace, créant une puissante loupe naturelle qui déforme et amplifie à peine la lumière des objets éloignés qui se trouvent derrière elle.

Grâce à son alignement rare avec l'amas de galaxies qui sert de lentille grossissante, l'étoile Earrendel apparaît directement sur une ondulation du tissu spatial, ou tout près de celle-ci. Cette ondulation, définie en optique comme « caustique », fournit un grossissement et une luminosité maximaux. L'effet est analogue à la surface ondulée d'une piscine qui crée des motifs de lumière vive au fond de la piscine par temps ensoleillé. Les ondulations de la surface agissent comme des lentilles et concentrent la lumière du soleil au maximum de luminosité au fond de la piscine.

Cette caustique permet à l'étoile d'Earendel de se démarquer de la lueur générale de sa galaxie d'origine. Sa luminosité est amplifiée mille fois ou plus. À ce stade, les astronomes ne peuvent pas déterminer si Earendel est une étoile binaire, bien que la plupart des étoiles massives aient au moins une étoile compagne plus petite.

Confirmation avec le Webb

Les astronomes s'attendent à ce qu'Earendel reste fortement amplifié pour les années à venir. Il sera observé par le télescope spatial James Webb de la NASA. La haute sensibilité du Webb à la lumière infrarouge est nécessaire pour en savoir plus sur Earendel, car sa lumière s'étire (passe au rouge) à des longueurs d'onde infrarouges plus longues en raison de l'expansion de l'univers.

« Avec Webb, nous espérons confirmer qu'Earendel est bien une étoile, ainsi que mesurer sa luminosité et sa température », a déclaré Coe. Ces études permettront d'affiner la recherche sur son type et son stade dans le cycle de vie des étoiles. « Nous espérons également constater que l'Arc de l'Aurore n'a pas les éléments lourds qui se forment dans les générations futures d'étoiles. Cela suggère qu'Earendel est une étoile rare, massive et pauvre en métaux », a déclaré Coe.

La composition d'Earendel sera d'un grand intérêt pour les astronomes, car elle a été formée avant que l'univers ne soit rempli des éléments lourds produits par des générations successives d'étoiles massives. Si des études de suivi révèlent qu'Earendel est composé uniquement d'hydrogène et d'hélium primordiaux, ce serait la première preuve des étoiles légendaires de la population III, qui sont censées être les premières étoiles nées après le Big Bang. Bien que la probabilité soit faible, Welch admet que c'est tentant de toute façon.

« Avec Webb, nous pouvons voir des stars encore plus loin qu'Earendel, ce qui serait incroyablement excitant », a déclaré Welch. « Nous allons remonter le plus loin possible. J'adorerais voir Webb battre le record de distance d'Earendel. »

Cette découverte historique a été faite par une équipe internationale de chercheurs dirigée par Brian Welch, scientifique de l'Université Johns Hopkins aux États-Unis, et à laquelle José María Diego a également participé.

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