Pendant treize milliards d'années, la lumière a voyagé à travers le vide cosmique. Elle contournait de massifs galaxie qui, comme l'avait prédit Einstein, agissaient comme des lentilles géantes — amplifiant et déformant le lointain rayonnement. En 2023, l'instrument NIRSpec à bord de James Webb a capté cette lumière et l'a décomposée en spectres. Une image inattendue est apparue : de minuscules galaxie, nées seulement un demi-milliard d'années après le Big Bang, contenaient une quantité suspecte d'azote. Ainsi commença l'enquête reliant la chimie du cosmos ancien aux mystères des amas globulaire modernes.

Les astronomes ont rassemblé 405 de ces spectres lointains et appliqué la technique d'empilement. Ils les ont divisés en groupes selon formation stellaire — de millions à un milliard de soleils — et en ont pris la médiane. Le faible murmure d'objets individuels s'est fondu en un chœur distinct. Les raies d'émission de oxygène, du carbone et de l'azote sont apparues. Une attention particulière a été attirée par la raie ultraviolette Niv] 1483,1486. Elle a montré : l'azote était 25 fois plus abondant que ne le laissaient entendre les estimations optiques. Les régions chaudes et fortement ionisées du gaz en étaient saturées. Il semble que de spéciaux formation stellaire y travaillaient. L'empilement de plus faible masse — environ 4 millions de soleils — avait une Métallicité (fraction d'éléments plus lourds que l'hélium) de seulement 2 % de celle du Soleil. Apparemment, les supernova primitives balayaient activement le gaz, empêchant l'accumulation d'éléments lourds.

Les principaux suspects sont les étoiles de Wolf-Rayet. C'est le bref stade final de la vie des étoiles très massives. Déjà au milieu du XXe siècle, Margaret Burbidge, Fred Hoyle et Hans Bethe avaient décrit comment, dans les entrailles stellaires, les réactions nucléosynthèse forgent le carbone et l'oxygène. Mais chez les géantes au stade Wolf-Rayet, le cycle CNO va plus loin et transforme ces éléments en azote. Des vents stellaires monstrueux le projettent dans l'espace. Les estimations montrent que, pour expliquer le rayonnement d'hélium observé, une galaxie naine typique doit abriter environ 1650 de ces « chefs ». Leurs vents combinés peuvent enrichir en azote tout un amas globulaire d'une masse de 200 000 soleils. La signature chimique — peu de carbone, beaucoup d'azote et un néon semblable à celui du Soleil — reproduit exactement ce qui est observé dans les étoiles des amas globulaire modernes. Les galaxie naines de l'Univers primordial étaient probablement les cuisines où se préparaient les ingrédients pour les générations futures.

La spectroscopie et le décalage vers le rouge (l'effet Doppler pour l'Univers en expansion) ont permis d'observer l'époque où la relation masse-métallicité se mettait en place. De nouveaux relevés, comme VENUS, augmenteront l'échantillon d'objets lentillés d'un ordre de grandeur. L'Extremely Large Telescope (ELT) pourra résoudre des zones individuelles de formation stellaire dans ces systèmes lointains, et alors nous verrons où exactement travaillent les formation stellaire. Après 13 milliards d'années, la lumière porte encore leurs recettes — et nous apprend à lire le livre de cuisine du cosmos.