Aujourd'hui, notre univers est empli de molécules lourdes et complexes. Pour expliquer cette abondance d'éléments aussi variés, les cosmologistes pensent que les différentes générations d'étoiles ont produit tour à tour des atomes de plus en plus lourds. Presque toutes les générations ont été découvertes, il n'en reste plus qu'une, la génération des premières étoiles, à mettre en lumière. Quel aspect avaient-elle ? Comment vivaient-elle et mourraient ? Les astronomes ont des idées, mais aucune preuve. Elles sont si distantes dans le temps et l'espace qu'elles restent invisibles à nos meilleurs télescopes.
Illustration numérique de l'aspect des premières étoiles de l'univers
Du moins, jusqu'à ce qu'elles explosent... Les hypernovas (variante encore plus puissante des supernovas) et leurs sursauts gamma associés offrent aux scientifiques de notre époque l'unique possibilité d'observer les premières générations d'étoiles. Le satellite de la NASA Swift avait déjà détecté un sursaut gamma avec un décalage de 6,29 vers le rouge (redshift), ce qui indique qu'il s'est produit il y a 13 milliards d'années, lorsque l'univers n'était âgé que de quelques centaines de millions d'années. Les théoriciens Volker Bromm (Université du Texas à Austin) et Avi Loeb (Centre d'Astrophysique d'Harvard-Smithsonian) prédisent qu'une dizaine des explosions que Swift pointera durant son temps de vie opérationnel auront un redshift de 5 ou plus et proviendront d'étoiles qui ont vécu durant le premier milliard d'années de l'univers.
"La plupart des sursaut seront de la seconde génération d'étoile ou plus jeunes" affirme Loeb. "Mais si nous sommes chanceux, Swift parviendra à détecter une de ces premières étoiles à s'être formées- une étoile faite uniquement d'hydrogène et d'hélium".
Les calculs suggèrent que ces étoiles, nommée Population III pour des raisons historiques, étaient des monstres atteignant une masse 50 à 500 fois supérieure au Soleil. Ces étoiles consomment très rapidement leurs réserves énergétiques, mourant rapidement et dans une explosion très violente.
"Le récent sursaut gamma n'était pas issu d'une étoile de la Population III, mais son redshift est suffisamment élevé pour le rendre intéressant" s'enthousiasme Bromm.
L'une des questions clé que se posent Bromm et Loed, est "est-ce qu'une étoile de population III peut engendrer un sursaut gamma ?" La réponse est un oui soutenu. Les Pop.III étaient bien assez massives pour exploser de manière si violente, en laissant derrière un trou noir dans la plupart des cas. Toutefois, une étoile Pop.III devrait faire partie d'un système binaire pour générer un sursaut gamma. Un proche compagnon binaire pourrait enlever les couche supérieure d'une étoile Pop.III mourante, retirant ainsi de la matière qui aurait pu faire écran à l'explosion. Et les jets de matière du trou noir naissants pourraient se frayer leur chemin bien plus facilement. Ce sont ces puissants jets qui sont susceptibles d'êtres détectés par nos instruments. Prêt de la moitié des étoiles environnantes sont membres d'un système binaire ou multiple. Cependant, la fréquence de binaires, et particulièrement de binaires proches, parmi les étoiles Pop.III reste inconnue.
"Les Astronomes vont tenter de répondre à la question de la fréquence des Pop.III binaires par une double approche, théorique et observationnelle." affirme Bromm. "En cherchant les sursauts gamma de redshift élevé, nous pouvons évaluer ce chiffre de manière empirique. Nous essayons également de mettre au point des simulations pouvant fournir suffisamment de détails sur la formation des étoiles" .
Si les Pop.III binaires sont communes, alors les hauts redshift de leurs sursauts gamma peuvent fournir aux astronomes de bonnes opportunités d'observer des étoiles de la première génération. Et Swift "sera le premier observatoire à sonder la formation des étoiles de haut redshift", indique Loeb.