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Découverte d'une étoile primordiale

oct. 8 2018

Pristine_221.8781+9.7844 dans son environnement. Crédits: N. Martin et la collaboration Pristine, DECam Legacy Survey, Aladin Sky Atlas.

Le spectre de Pristine_221.8781+9.7844 observé au Télescope William Herschel, à La Palma, comparé au spectre du Soleil. Le spectre de Pristine_221.8781+9.7844 est bien moins structuré que le spectre solaire et on n'y trouve que de l'hydrogène (les larges raies) et du calcium (la petite raie). Cela nous indique que cette étoiles est exceptionnellement pauvre en éléments plus lourd que l'hélium et qu'elle appartient à une des premières générations d'étoiles de notre galaxie, la Voie Lactée. Crédits: E. Starkenburg et la collaboration Pristine.

Une équipe internationale de chercheurs impliquant des astrophysiciens français CNRS/INSU de l'Observatoire astronomique de Strasbourg, de l'Observatoire de la Côte d'Azur et de l'Observatoire de Paris a découvert une des étoiles les moins enrichies en éléments lourds. Ces étoiles extrêmement rares sont les survivantes des premiers âges de l'univers, quand les étoiles n'étaient pas encore polluées par les restes successifs d'étoiles mortes. Cette nouvelle découverte ouvre une fenêtre sur la formation stellaire au début de l'histoire de l'univers.

Les astrophysiciens ont plusieurs méthodes pour étudier les premiers âges de l'univers. Ils peuvent étudier les galaxies les plus lointaines qui sont aussi les plus jeunes et les observer alors qu'elles sont en train de s'assembler. Ils peuvent aussi chercher et examiner les étoiles les plus anciennes de notre propre galaxie, la Voie Lactée. C'est la voie de cette véritable archéologie Galactique que poursuit la collaboration "Pristine" dirigée par Nicolas Martin (Observatoire astronomique de Strasbourg, CNRS/INSU, Université de Strasbourg) et Else Starkenburg (Leibniz Institute for Astrophysics, Potsdam).

L'univers primordial contenait presque exclusivement de l'hygrogène et de l'hélium. Au cours de leur vie, les réactions thermonucléaires qui ont lieu au centre de toutes les étoiles créent des éléments plus lourds que l'hélium (du carbone, de l'oxygène, du calcium, du fer, …) à partir de l'hydrogène et de l'hélium qui composent la très grande majorité de leur gaz. Quand elles explosent à la fin de leur vie, elles enrichissent avec ces éléments le gaz interstellaire qui servira de pouponnière à la prochaine génération d'étoiles. C'est pourquoi l'atmosphère de notre Soleil, une étoile relativement jeune, a environ 2% de son atmosphère qui est composé d'éléments lourds. Au contraire, les étoiles très anciennes qui ont été formées très tôt se caractérisent donc par leur faible quantité d'éléments lourds. Elles sont aussi extrêmement rares et extrêmement difficile à trouver dans nos environs cosmiques.

C'est une telle étoile que l'équipe "Pristine" a mis en évidence grace à une nouvelle cartographie du ciel effectuée avec le Télescope Canada-France-Hawaï, situé à Hawaï. Cette cartographie, qui se concentrent sur une petite région de l'ultra-violet, permet d'isoler efficacement les étoiles qui sont très peu polluées en éléments lourds. On estime que, dans le voisinage solaire, moins d'une étoile sur 1,000,000 est aussi pauvre en éléments lourds que celle qui vient d'être découverte. Un suivi avec les spectrographes de l'Isaac Newton Group, en Espagne, et de l'Observatoire Européen Austral, au Chili, a permis de confirmer que l'étoile Pristine_221.8781+9.7844 est quasiment vierge d'éléments lourds, dont les quantités sont 10,000 à 100,000 fois inférieures à celles mesurées dans l'atmosphère de notre Soleil.

Cette étoile, dont l'analyse est présentée dans un article des Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Oxford University Press), apporte des contraintes bienvenues sur les modèles de formation des premières étoiles et ouvre une fenêtre sur une époque encore peu connue. La découverte de Pristine_221.8781+9.7844 dès le début du projet "Pristine" laisse aussi présager d'une moisson de telles étoiles anciennes dans les années à venir.

Contact: Nicolas Martin - CNRS/INSU, Université de Strasbourg
Papier : The Pristine Survey IV: Approaching the Galactic metallicity floor with the discovery of an ultra metal-poor star, Starkenburg et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Oxford University Press)

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