On pense que les premières étoiles se sont formées environ 100 millions d’années après le Big Bang.
"Archéologie galactique" fait référence à l'étudeétoiles de la deuxième génération afin de connaître les caractéristiques physiques des premières étoiles, qui ont disparu à peine des dizaines de millions d'années après le Big Bang. Dans le cadre de l'étude de la physique computationnelle, de faibles supernovae de premières étoiles sans métal ont été simulées pour la première fois, ce qui a permis de révéler les modèles d'abondance du carbone pour la formation d'étoiles. Une tranche de la densité, de la température et de la teneur en carbone pour le modèle progéniteur à 13 masses solaires à des moments (de gauche à droite) 0,41, 15,22 et 29,16 millions d'années après une explosion de supernova dans une boîte avec un côté de 2 kpc. Crédit: Chiaki et al.
Quand les premières étoiles sans métal se sont effondrées etont explosé, se transformant en supernovae, ils ont formé des éléments plus lourds comme le carbone. Cela a donné naissance à une nouvelle génération d'étoiles. Un type d'étoiles de deuxième génération est appelé étoiles à métaux pauvres en carbone (EMP). Pour les astrophysiciens, ils sont comme des fossiles. Leur composition reflète la nucléosynthèse ou la fusion d'éléments plus lourds des premières étoiles.
"Nous pouvons obtenir des résultats de manière indirectemesures pour dériver la distribution de masse des étoiles sans métaux à partir des abondances élémentaires des étoiles pauvres en métaux », explique Gen Chiaki, chercheur postdoctoral au Centre d'astrophysique relativiste du Georgia Institute of Technology.
Chiaki est l'auteur principal de l'étude qui a mis au point de faibles supernovae de premières étoiles sans métal. Ses travaux donnent enfin aux scientifiques une compréhension théorique de leur formation.
Une animation montrant le processus d'enrichissement du carbone etdu fer provenant d'une supernova de première génération d'une masse de 50 masses solaires. Quatre panneaux indiquent la densité, la température, la teneur en carbone et en fer. Premièrement, les métaux sont dispersés presque sphériquement dans la zone environnante (<14 millions d’années après l’explosion). Les métaux se dilatent alors dans le sens horizontal tandis que l’expansion s’arrête dans le sens vertical. Finalement, les métaux retournent dans la région centrale, où se forme la prochaine génération d’étoiles. Crédit : Chiaki et al.
Ce type de recherche fait partie du domaineappelée "archéologie galactique". Les scientifiques comparent cela à la recherche sous terre d'artefacts qui racontent la nature de sociétés disparues depuis longtemps. Pour les astrophysiciens, la nature des étoiles éteintes depuis longtemps peut être déterminée par leurs restes fossilisés.
"Nous ne pouvons pas voir le tout premiergénérations d’étoiles », explique John Wise, co-auteur de l’étude et professeur adjoint au Centre d’astrophysique relativiste du Georgia Institute of Technology. « Il est important d'observer ces « fossiles vivants » du début de l'Univers. Ils portent les « empreintes digitales » des premières étoiles, des produits chimiques qui se sont formés dans les supernovae à partir des premières étoiles.
L'animation montre une bulle chaude créée parune supernova simulée de 50 masses solaires sur une échelle de mille années-lumière. Au centre, un nuage de gaz dense se forme à nouveau à la suite de la compression gravitationnelle. Le nuage peut être agrandi jusqu'à plusieurs unités astronomiques. Dans la région la plus centrale, les amas denses sont les embryons d'étoiles. L'animation montre que les explosions de supernova peuvent provoquer la formation d'étoiles au carbone. Crédit: Chiaki et al.
La simulation créée par les scientifiques permetdécouvrez d'où viennent les métaux et comment les premières étoiles et leurs supernovae influencent réellement ces fossiles qui ont survécu jusqu'à ce jour.
Le but de cette recherche menée par des scientifiques est de découvrirl'origine d'éléments tels que le carbone, l'oxygène et le calcium. Ils sont concentrés dans des cycles répétitifs de matière entre le milieu interstellaire et les étoiles. « Notre corps et notre planète sont constitués de carbone et d’oxygène, d’azote et de calcium. Notre travail est très important pour découvrir l’origine de ces éléments qui composent les personnes », conclut l’auteur de l’étude.
Rappelez-vous Carl Sagan, astrophysicien américainet un exobiologiste, au siècle dernier, il a déclaré que le phosphore dans l'ADN humain et le fer dans son sang provenaient de la « matière stellaire ».
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