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Découverte majeure à La Palma : le mystère des premières étoiles résolu ?

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Une galaxie « relique » livre ses secrets depuis l’île de La Palma

Imaginez un coffre-fort cosmique, verrouillé depuis des milliards d’années, qui contiendrait les indices sur la naissance des premières étoiles. Ce coffre-fort existe bel et bien, et il se trouve… dans notre voisinage galactique. Une équipe internationale dirigée par l’Institut d’Astrophysique des Canaries (IAC) vient de faire une découverte qui bouleverse notre compréhension de l’Univers primordial. Le théâtre de cette avancée majeure ? La galaxie NGC 1277, un véritable fossile céleste, observée depuis l’Observatoire du Roque de los Muchachos, sur l’île de La Palma.

NGC 1277 : une capsule temporelle figée dans le cosmos

Contrairement aux galaxies « normales » qui grandissent et se transforment au fil des milliards d’années en fusionnant avec leurs voisines, NGC 1277 est un système compact et singulier. Elle a formé la majeure partie de ses étoiles extrêmement rapidement, aux tout premiers âges de l’Univers, avant de se retrouver comme « gelée » dans le temps. Cette particularité en fait une capsule temporelle cosmique idéale pour décrypter, depuis la Terre, les mystères des galaxies primitives que le télescope spatial James Webb (JWST) s’efforce aujourd’hui d’observer aux confins de notre cosmos.

Un signal chimique inattendu capté par le Gran Telescopio Canarias

Grâce à l’instrument EMIR, installé sur le Gran Telescopio Canarias (GTC) – le plus grand télescope optique-infrarouge du monde, situé à La Palma – les chercheurs ont détecté un signal chimique d’une intensité inhabituelle : une concentration exceptionnellement élevée de silicium.

« La lumière infrarouge nous permet d’identifier des éléments chimiques très difficiles à étudier avec d’autres types d’observations. Dans NGC 1277, nous avons trouvé une quantité de silicium bien supérieure à tout ce qui a été observé jusqu’à présent dans d’autres galaxies. Cette composition particulière indique que la galaxie conserve la trace de certaines des toutes premières générations d’étoiles », explique Elham Eftekhari, première auteure de l’étude, qui a réalisé ces travaux lors de son post-doctorat à l’IAC et travaille désormais à l’Observatoire de Leiden.

L’empreinte fossile des étoiles de Population III

En temps normal, le silicium et le magnésium sont des éléments chimiques présents à l’intérieur des étoiles massives. Lorsque ces dernières meurent et explosent en supernovas, ces éléments se dispersent dans l’espace dans des proportions similaires. Pourtant, dans NGC 1277, le silicium est anormalement élevé par rapport au magnésium.

Cette anomalie suggère que le gaz de la galaxie a été enrichi par des étoiles extrêmement massives, contenant très peu d’éléments lourds : en d’autres termes, par des étoiles très primitives, connues sous le nom d’étoiles de Population III. « Nous n’observons pas directement les premières étoiles, qui ont disparu il y a des milliards d’années. Ce que nous voyons, c’est l’empreinte chimique qu’elles ont laissée sur les générations stellaires suivantes », précise Alexandre Vazdekis, co-auteur de l’étude et chercheur à l’IAC.

La puissance du GTC pour sonder l’enfance de l’Univers

C’est précisément cette capacité qui fait des galaxies « reliques » – ces capsules temporelles – des laboratoires d’une puissance inégalée. Alors que le JWST tente de repérer les galaxies primitives aux confins les plus lointains du cosmos, le GTC, lui, démontre qu’il est possible d’étudier cette même enfance cosmique « ici, à côté », avec une définition exceptionnelle.

« NGC 1277 est unique car elle a formé la plupart de ses étoiles à un stade très précoce, puis a évolué de manière totalement passive. Alors que les autres galaxies normales ont effacé leurs signatures chimiques originales en fusionnant avec d’autres, NGC 1277 a réussi à préserver intact cet excès de silicium, qui agit comme un registre fossile de l’enfance de l’Univers », ajoute Anna Ferré-Mateu, co-autrice de l’étude et chercheuse à l’IAC.

Une précision extrême et une piste pour le James Webb

Détecter ces signaux chimiques aussi subtils exige une précision extrême, qui n’est à la portée que des télescopes terrestres les plus puissants, comme le GTC de 10,4 mètres de diamètre. « Les données infrarouges ont ouvert une fenêtre sur la composition chimique détaillée de l’un des meilleurs exemples de galaxie relique massive, devenant ainsi la clé pour comprendre les premiers pas de la formation des galaxies », souligne Michael Beasley, chercheur à l’IAC et co-auteur de l’étude.

Pour expliquer cet excès de silicium, les scientifiques évoquent les supernovas par instabilité de paires, des explosions théoriques qui détruiraient totalement les étoiles les plus massives de l’Univers primitif. Bien que cette théorie soit celle qui correspond le mieux aux données, l’équipe indique que d’autres voies d’enrichissement associées à des étoiles très massives pourraient également avoir contribué au phénomène.

Une feuille de route inespérée pour le James Webb

Cette découverte ouvre une voie nouvelle pour étudier les premières générations d’étoiles sans quitter notre Univers proche. Elle révèle des indices clés sur la formation des toutes premières galaxies. Mieux encore, elle fournit une feuille de route précieuse pour le télescope James Webb, qui pourra désormais chercher ces mêmes empreintes chimiques dans les galaxies les plus lointaines de l’Univers, en sachant exactement quoi traquer.

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