Les étoiles naines disparaissent dans les nuages pauvres en métaux express
Dans la cuisine de la Galaxie, il existe une recette de soupe stellaire. L'ingrédient principal est l'hydrogène, mais le goût du plat dépend d'une pincée de métaux. Pour la première fois, des astronomes ont regardé dans les casseroles où cette pincée manque presque, et ils ont vu : il y manque les plus petites étoiles.
En utilisant les données du télescope spatial Gaia, les scientifiques ont sélectionné environ 53 000 étoiles dont les orbites ressemblent à celles des habitants du halo, et pauvres en métaux (moins d'un dixième de la teneur solaire). Pour chacune, ils ont mesuré la masse et construit la fonction de masse — un graphique montrant combien d'étoiles de différents poids naissent. Dans les environnements avec un déficit modéré en métaux (de −1.5 à −1 sur l'échelle où le Soleil vaut zéro), les petites étoiles de 0.2 à 0.5 masse solaire sont plus fréquentes que chez nous : la pente du graphique est raide, environ −1.6. Mais dans les environnements encore plus pauvres, le tableau s'inverse : le graphique devient presque plat, avec une pente proche de zéro. Cela signifie que les étoiles légères y sont catastrophiquement rares.
Pourquoi cela se produit-il ? On n'a pas encore de réponse précise. Peut-être que dans les nuages pauvres en métaux, le gaz se fragmente en morceaux plus gros, et au lieu d'une multitude de naines, naissent de rares géantes. Ou bien les conditions de contraction elles-mêmes empêchent les petites étoiles de gagner de la masse. L'important est que le résultat ne dépend pas du modèle d'évolution stellaire choisi — c'est une propriété réelle de la nature, pas un artefact des calculs.
Cette découverte change notre vision de l'Univers primordial. Les premières étoiles se sont formées à partir d'hydrogène et d'hélium presque purs, avec des métaux des milliers de fois moins abondants qu'aujourd'hui. Si, dans ces conditions, les étoiles légères naissaient à peine, alors la première génération d'astres était surtout composée de géantes massives et éphémères. Elles explosaient rapidement, ensemençant le cosmos des premiers métaux — et ce n'est qu'ensuite que des étoiles comme notre Soleil ont commencé à apparaître. Cette pincée de métaux qui manquait dans les nuages anciens s'est révélée être la clé de l'apparition des petites étoiles à longue durée de vie, et donc de la possibilité d'avoir des planètes et la vie.
Le Soleil contient environ 2 % d'éléments plus lourds que l'hélium. Quant aux étoiles les plus pauvres du halo de la Voie lactée, elles contiennent des milliers de fois moins de métaux — leur composition est presque identique à celle du gaz juste après le Big Bang.