La formation des premières étoiles

Une nouvelle vision de la formation des premières étoiles, il y a 13 milliards d’années de cela, se dégage d’une étude menée par des physiciens de l’Université de Durham. Il apparaît que la naissance des premières étoiles dépend de manière décisive de la nature de la matière noire, matière étrange qui compose la majeure partie de la masse de l’Univers. La découverte pourrait entraîner une meilleure appréhension de la matière noire, qui demeure un mystère depuis qu’elle a été découverte il y plus de 70 ans. Les recherches suggèrent en outre que certaines des toutes premières étoiles à s’être formées continueraient leur existence aujourd’hui autour de nous, dans la Voie Lactée. Ces recherches remettent en question la vision conventionnelle de la naissance des premières étoiles.

La formation des structures primitives de l’Univers implique une interaction entre les particules élusives : la « matière noire ». Bien que l’on en sache très peu sur sa nature, les indications de sa présence sont nombreuses, des observations des galaxies aux amas de galaxies, et à l’Univers entier.

Après le Big Bang, l’Univers était pour l’essentiel « lisse », avec quelques variations dans la densité de la matière. Ces variations s’accentuèrent sous l’effet des forces gravitationnelles agissant sur les particules de matière noire qu’elles contenaient. Il est possible que les gaz fussent alors attirés dans les structures en formation, conduisant à la formation des toutes premières étoiles, environ 100 millions d’années après le Big Bang.

Afin de mener leurs recherches, les scientifiques ont utilisé un modèle informatique sur la base de modèles acceptés aussi bien ceux de matière noire «froide » que de matière noire «chaude». Il s’avère, sur la base du modèle informatique, que dans le cas de particules de matière noire froide, se mouvant lentement, les premières étoiles se sont formées isolément, avec une seule masse stellaire importante en formation par concentration sphérique de matière noire en développement. Par contre, dans le cas d’une matière noire chaude, se mouvant plus rapidement, un plus grand nombre d’étoiles de différentes tailles se forment en même temps en un grand jaillissement de formation d’étoiles. Ces jaillissements interviennent en longs et fins filaments. Ceux-ci auraient mesuré 9000 années-lumière de long, ce qui correspond à un quart de la taille de la Voie Lactée aujourd’hui, indique le Dr Liang Gao,un des participants à l’étude.

Les étoiles qui se forment au sein de la matière noire froide sont massives. Plus une étoile est massive plus sa durée de vie est courte. Ainsi, ces grandes masses d’étoiles n’auraient pas perduré jusqu’à aujourd’hui. Le modèle de matière noire chaude prédit la formation d’étoiles tant de faibles masses que de masses importantes. Les étoiles de faibles masses auraient survécu jusqu’à nos jours.

Les chercheurs apportent en outre de nouveaux éléments en ce qui concerne la manière dont les trous noirs auraient pu se former. La plupart des galaxies abritent en leur centre un trou noir supermassif, dont la masse peut dépasser un milliard de fois celle du Soleil. Ils formulent l’hypothèse selon laquelle la collision entre étoiles au sein des filaments denses dans le scénario de la matière noire chaude a conduit à la formation des embryons de tels trous noirs.

Le Dr Tom Theuns, participant à l’étude, indique que les résultats soulèvent, à partir de l’étude des plus vieilles étoiles, l’espoir d’une meilleure compréhension de la nature de la matière noire.

Source : © Centre International de Recherche Scientifique