Grâce au télescope spatial Hubble et à l’alignement fortuit de galaxies lointaines, des astronomes ont découvert l’étoile la plus lointaine jamais imagée.
Baptisée Earendel, un nom vieil anglais signifiant “lumière montante” ou “étoile du matin”, l’étoile se trouve à plus de 12 milliards d’années-lumière. Les chercheurs pensent que l’image fortement agrandie qu’ils ont obtenue d’Earendel a capturé l’étoile telle qu’elle existait 900 millions d’années seulement après le Big Bang.
“C’est l’étoile individuelle la plus lointaine”, a déclaré Brian Welch, candidat au doctorat en astronomie à l’Université Johns Hopkins et auteur principal d’un article décrivant la découverte d’Earendel publié mercredi dans le journal. Nature. “Nous avons vu des galaxies plus éloignées, mais dans ces galaxies, elles ne sont pas aussi bien résolues, donc nous voyons la lumière des millions d’étoiles dans cette galaxie, toutes mélangées ensemble.”
En plus d’établir le record de l’étoile la plus éloignée à ce jour, la découverte d’Earendel offre aux scientifiques un aperçu alléchant de la composition de l’univers très primitif, et laisse entrevoir les découvertes potentielles du télescope spatial James Webb, plus puissant, lorsqu’il commencera ses opérations scientifiques dans quelques mois.
“C’est le type de science pour lequel le JWST a été conçu”, a déclaré M. Welch.
Sur la base de leurs observations jusqu’à présent, lui et ses collègues savent qu’Earendel doit être une grande étoile, environ 50 fois plus massive que notre Soleil. Et pourtant, sans l’utilisation de techniques spéciales pour amplifier sa lumière, l’étoile lointaine serait beaucoup trop faible pour être vue directement avec un télescope.
La découverte a été rendue possible grâce à l’effet de lentille gravitationnelle, par lequel les astronomes exploitent le fait que la gravité des objets massifs déforme l’espace qui les entoure, courbant la lumière passant à proximité d’une manière analogue à une lentille de verre. Dans l’étude actuelle, le télescope Hubble s’est servi d’un amas de galaxies comme d’une lentille pour amplifier la lumière d’une galaxie beaucoup plus éloignée qui s’est trouvée alignée de la bonne façon derrière l’amas.
“Typiquement, avec la lentille gravitationnelle, vous verrez plusieurs images d’une galaxie”, a déclaré M. Welch. “Puis, lorsque l’alignement est juste, ces images fusionnent ensemble dans ces longs arcs en forme de croissant”.
Plus l’arc est long, plus le grossissement obtenu par la lentille est important, a-t-il dit, et la galaxie hôte d’Earendel est apparue comme l’un des plus longs arcs découverts grâce à cette technique. À l’intérieur de cet arc, M. Welch a constaté qu’il y avait des zones de grossissement et de résolution encore plus grands, Earendel tombant exactement au bon endroit pour obtenir un grossissement maximal, faisant apparaître l’étoile au moins 1 000 fois plus brillante qu’elle ne le serait autrement.
Earendel, l’étoile la plus lointaine jamais découverte, est marquée ici d’une flèche à l’intérieur de l’arc rouge de sa galaxie hôte, telle que vue par la lentille gravitationnelle.
(NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Co)
“S’il était ne serait-ce qu’un peu plus éloigné, nous le verrions avec un grossissement beaucoup plus faible “, a-t-il déclaré.
En utilisant ce grossissement gravitationnel, M. Welch et ses collègues ont pu déterminer la valeur du décalage vers le rouge d’Earendel, une mesure de l’étirement de sa lumière au fil du temps, alors qu’elle a traversé l’univers en expansion pendant des milliards d’années jusqu’à la Terre. Les valeurs de décalage vers le rouge sont donc une mesure de la distance ainsi que de la longueur d’onde optique, et Earendel a obtenu une valeur de décalage vers le rouge de 6,2.
“Le précédent détenteur du record de distance était à un décalage vers le rouge de 1,5, ce qui correspondrait à environ 9,4 milliards d’années dans le passé”, a déclaré M. Welch, “alors que celui-ci est à un décalage vers le rouge de 6,2, ce qui correspond à environ 12,8 milliards d’années dans le passé.”
Une étoile aussi lointaine pourrait en dire long à la science sur l’univers primitif et sur un environnement cosmique probablement très différent de celui qui donne naissance aux étoiles aujourd’hui. Selon M. Welch, 900 millions d’années après le Big Bang, les générations précédentes d’étoiles n’auraient pas eu le temps d’enrichir l’environnement stellaire avec les éléments métalliques plus lourds que nous voyons aujourd’hui dans les étoiles.
“L’étoile aura probablement moins d’éléments lourds, ce qui signifie qu’il s’agira d’un moyen très intéressant d’étudier à quoi ressemblent ces premières générations d’étoiles”, a-t-il déclaré.
Mais c’est du travail pour le télescope Webb lorsqu’il sera mis en ligne plus tard cette année. Grâce à ses optiques plus grandes et à sa sensibilité à l’infrarouge, Webb sera en mesure d’utiliser la lumière d’Earendel pour caractériser sa composition élémentaire et pourrait travailler main dans la main avec Hubble pour étudier des étoiles encore plus lointaines en utilisant la lentille gravitationnelle.
M. Welch est ravi que Webb ait été déployé avec succès après des décennies de préparation.qu’il n’y aura guère plus que quelques mois entre la découverte d’Earendel avec Hubble et un suivi plus complet avec Webb.
“Un grand nombre de mes co-auteurs sur cet article attendent Webb depuis 20 ans”, a-t-il déclaré. “Le fait de pouvoir faire cette découverte juste avant [Webb] lancé et ensuite être capable d’avoir du temps au sein du premier cycle d’observations est incroyablement excitant.”
