Simulation haute résolution d'une galaxie hébergeant une supernova super lumineuse et son environnement chaotique dans l'Univers primitif. Crédit: Adrian Malec et Marie Martig (Swinburne University)
Certaines des premières étoiles étaient massives et de courte durée, destinées à mettre fin à leur vie dans d'énormes explosions. Les astronomes ont détecté certaines des étoiles les plus anciennes et les plus éloignées, appelées supernovae «super lumineuses» - des explosions stellaires 10 à 100 fois plus lumineuses que les autres types de supernova. Le duo établit un record pour la supernova la plus éloignée à ce jour et offre des indices sur le tout premier Univers.
"La lumière de ces supernovae contient des informations détaillées sur la petite enfance de l'Univers, à un moment où certaines des premières étoiles se condensent encore hors de l'hydrogène et de l'hélium formés par le Big Bang", a déclaré le Dr Jeffrey Cooke, un astrophysicien de Swinburne University of Technology en Australie, dont l'équipe a fait la découverte.
L'équipe a utilisé une combinaison de données du télescope Canada-France-Hawaii et du télescope Keck 1, tous deux situés à Hawaï.
"Le type de supernovae que nous avons trouvé est extrêmement rare", a déclaré Cooke. «En fait, un seul a été découvert avant nos travaux. Ce type particulier de supernova résulte de la mort d'une étoile très massive (environ 100 à 250 fois la masse de notre Soleil) et explose d'une manière complètement différente par rapport aux autres supernovae. Découvrir et étudier ces événements nous fournit des exemples d'observation pour mieux les comprendre et les produits chimiques qu'ils éjectent dans l'Univers lorsqu'ils meurent. »
Des supernovae super lumineuses ont été découvertes il y a seulement quelques années et sont rares dans l'Univers voisin. Leurs origines ne sont pas bien comprises, mais on pense qu'un petit sous-ensemble d'entre elles survient lorsque des étoiles extrêmement massives, 150 à 250 fois plus massives que notre Soleil, subissent une explosion nucléaire déclenchée par la conversion de photons en paires électron-positron. Ce processus est complètement différent de tous les autres types de supernovae. De tels événements devraient se produire plus fréquemment au début de l'Univers, lorsque les étoiles massives étaient plus courantes.
Ceci, et l'extrême luminosité de ces événements, ont encouragé Cooke et ses collègues à rechercher des supernovae super lumineuses à des décalages vers le rouge, z, supérieurs à 2, lorsque l'Univers avait moins du quart de son âge actuel.
"Nous avons utilisé LRIS (spectromètre imageur à basse résolution) sur Keck I pour obtenir la spectroscopie profonde pour confirmer les décalages vers le rouge de l'hôte et pour rechercher l'émission tardive des supernovae", a déclaré Cooke. «Les premières détections ont été trouvées dans les champs profonds du CFHT Legacy Survey Deep. La lumière des supernovae est arrivée ici sur Terre il y a 4 à 6 ans. Pour confirmer leurs distances, nous devons obtenir un spectre de leurs galaxies hôtes qui sont très faibles en raison de leur distance extrême. La grande ouverture de Keck et la haute sensibilité de LRIS ont rendu cela possible. De plus, certaines supernovae ont des caractéristiques d'émission suffisamment lumineuses qui persistent pendant des années après leur explosion. La spectroscopie Keck profonde est capable de détecter ces raies comme moyen supplémentaire de confirmation et d'étude. »
Cooke et ses collègues ont fouillé un grand volume de l'Univers à z supérieur ou égal à 2, et ont trouvé deux supernovae super lumineuses, à des décalages vers le rouge de 2,05 et 3,90 - battant le précédent record de décalage vers le haut de la supernova de 2,36, et impliquant une production taux de supernovae super-lumineuses à ces décalages vers le rouge au moins 10 fois plus élevés que dans l'Univers proche. Bien que les spectres de ces deux objets rendent peu probable que leurs progéniteurs faisaient partie de la première génération d'étoiles, les résultats actuels suggèrent que la détection de ces étoiles n'est peut-être pas loin de notre compréhension.
Détecter les premières étoiles nous permet de mieux comprendre les premières étoiles de l'Univers, a déclaré Cooke.
"Peu de temps après le Big Bang, il n'y avait que de l'hydrogène et de l'hélium dans l'Univers", a-t-il déclaré. «Tous les autres éléments que nous voyons aujourd'hui autour de nous, tels que le carbone, l'oxygène, le fer et le silicium, ont été fabriqués dans le cœur des étoiles ou lors d'explosions de supernova. Les premières étoiles à se former après le Big Bang ont jeté les bases du long processus d'enrichissement de l'Univers qui a finalement produit l'ensemble diversifié de galaxies, d'étoiles et de planètes que nous voyons autour de nous aujourd'hui. Nos découvertes sonder une première fois dans l'Univers qui chevauche le temps que nous nous attendons à voir les premières étoiles. "
Sources: Observatoire Keck, Nature
