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Surprise, la Voie lactée est bien plus ancienne qu’on ne le pensait

Notre galaxie a deux milliards d’années de plus que prévu, et serait donc née moins d’un milliard d’années après le Big Bang.

[Mise à jour 31/03] Correction d’une faute de frappe qui plaçait l’apparence de notre galaxie “avant” le Big Bang.

Grâce aux relevés de la mission Gaia, des astronomes affiliés à l’Agence spatiale européenne (ESA) ont montré que notre galaxie, la Voie lactée, est bien plus ancienne que prévu. De nouvelles preuves suggèrent maintenant qu’il est né environ deux milliards d’années plus tôt que prévu, moins d’un milliard d’années après le Big Bang.

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Deux chercheurs du prestigieux Institut Max Planck en Allemagne sont arrivés à cette conclusion. Pour y parvenir, ils ont dû faire preuve d’une grande ingéniosité. En fait, l’âge des étoiles est l’un des paramètres les plus difficiles à déterminer ; à l’heure actuelle, nous sommes encore tout à fait incapables de le faire par simple observation directe.

Au lieu de cela, vous devez commencer par mesurer un tas de paramètres physiques et chimiques que vous pouvez ensuite comparer à des modèles informatiques qui représentent l’évolution des étoiles ; si nous détectons une étoile dans le modèle qui correspond à ce que nous observons dans la réalité, alors nous pouvons en déduire son âge.

© ESA

une histoire de métal

L’un des principaux paramètres sur lesquels repose l’âge d’une étoile est sa métallicité. En fait, dans l’univers primitif, il n’y avait que de l’hydrogène et de l’hélium, les deux éléments constitutifs les plus fondamentaux de notre cosmos. Les autres éléments ne sont arrivés que bien plus tard, au terme d’un processus appelé nucléosynthèse.

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Ce nom barbare désigne un processus très complexe, mais relativement simple à comprendre. Pour résumer très grossièrement, une étoile n’est ni plus ni moins qu’un gros réacteur nucléaire. Ce sont eux qui ont forgé tous les éléments complexes de notre univers ; Au cours de milliards d’années, ces réactions ont commencé à produire des éléments de plus en plus lourds et complexes. Les astronomes les regroupent sous le nom de « métal », d’où le terme de « métallicité » de l’étoile.

A la fin de sa vie, qui se termine généralement par une gigantesque explosion, ce matériau est dispersé dans l’espace ; il sera ensuite incorporé dans la prochaine génération d’étoiles, qui pourront alors produire des éléments encore plus lourds à partir de ce nouveau substrat, conduisant à une étoile encore plus métallique.

Par conséquent, nous savons qu’il existe une relation directe entre la métallicité de l’étoile et son âge ; plus le rapport de l’hélium à l’hydrogène est élevé, plus l’étoile est jeune. Au contraire, plus il y a d’éléments lourds, plus il a fallu de temps pour se former.

Un vaste catalogue d’âges stellaires

C’est sur la base de ce principe que les chercheurs ont pu avancer. Ils ont commencé par récupérer les données de luminosité et de position recueillies par Gaïa. C’est une mission ambitieuse pour l’ESA ; son but est de produire un véritable atlas en trois dimensions de notre galaxie. C’est une ressource exceptionnelle qui a servi de référence pour définir la position des nombreuses étoiles prises en compte lors de l’étude.

Ils l’ont utilisé pour se concentrer sur un sous-type d’étoile très particulier : les sous-géantes. Cet état correspond à une phase de transition assez courte dans la vie de l’étoile, ce qui permet de déterminer avec précision son âge. Au total, les chercheurs ont sélectionné environ 250 000. Ils ont ensuite combiné ces données avec celles du télescope chinois LAMOST. les a informés de la composition chimique de nombreuses étoiles; afin qu’ils puissent déterminer leur métallicitéet donc son âge.

En croisant toutes ces données, ils ont pu constituer un vaste catalogue de l’âge de nombreuses étoiles aux quatre coins de la Voie Lactée ; et surtout, ils l’ont fait avec une précision jamais vue auparavant. En effet, jusqu’à présent, les chercheurs devaient jongler avec une marge d’erreur de 20 à 40 %. Mais avec cette association entre des instruments de pointe, tout a changé ; sont capables de déterminer l’âge d’une étoile à quelques pour cent près.

Dans l’encart, on distingue le disque mince (Thin disk) au centre, avec la majorité des étoiles observables depuis la Terre. Il est entouré par le disque épais (Thick disk), une zone moins dense, mais aussi beaucoup plus ancienne que prévu. © ESA

il y a deux milliards d’années

Les chercheurs ont commencé par explorer une sous-structure appelée disque mince. Dans cette zone centrale du disque, qui contient la plupart des étoiles observables, les premiers éléments concordaient avec le consensus actuel ; sans surprise, les étoiles en question sont nées il y a environ 13 milliards d’années.

Mais lorsqu’ils se sont éloignés du « disque fin » pour se concentrer sur une zone plus périphérique, le disque épais, les chercheurs ont rapidement trouvé un os ; certains éléments semblaient totalement incohérents. Les étoiles du disque épais seraient nées 2 milliards d’années plus tôt, juste 800 millions d’années après le Big Bang.

C’est très important, car les astronomes ont cru pendant un certain temps que le halo, la “sphère” qui entoure le disque, était la zone la plus ancienne de la Voie lactée. Mais ces éléments montrent incontestablement que cette chronologie est faussée ; le disque épais est encore plus ancien que la date supposée de naissance du halo.

Il y a donc deux possibilités : soit le halo a commencé à se former plus tôt que prévu, soit le disque épais est apparu en premier. Mais dans tous les cas, la conclusion générale reste la même : nnotre berceau cosmique est en fait beaucoup plus ancien que nous ne le pensions. Et ce n’est que le début, car le projet Gaia a encore de beaux jours devant lui ; En juin prochain, il livrera une nouvelle version de son catalogue stellaire. Et les chercheurs espèrent déjà y trouver de potentiels nouveaux trésors scientifiques.

A chaque nouvelle analyse, Gaia nous permet de reconstituer plus en détail l’histoire de notre galaxie.», explique Timo Prusti, chercheur du projet Gaia. “Avec la publication des nouveaux résultats en juin, les astronomes pourront enrichir cette histoire de nouveaux éléments.», s’enthousiasme-t-il.

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