Chefs cuisiniers stellaires : comment les galaxies anciennes ont cuisiné l'azote ✛
Il y a 13 milliards d'années, dans de minuscules galaxies, les premières grandes étoiles se sont allumées. Leur lumière, voyageant à travers un Univers en expansion, s'est étirée et a rougi — ce décalage vers le rouge aide à déterminer la distance. En chemin, le rayon est passé près d'un amas massif de galaxies qui, par sa gravité, l'a déformé et amplifié plusieurs fois — comme une lentille géante. Le télescope infrarouge James Webb a capté cette lumière amplifiée et en a réalisé une spectroscopie, produisant un spectre (une bande colorée). Dans le spectre, on voit des raies brillantes de différents éléments chimiques — c'est la spectroscopie (méthode d'étude de la composition par la lumière).
Les astronomes ont collecté des données sur 405 de ces galaxies lointaines. Individuellement, elles sont très faibles, c'est pourquoi les scientifiques ont additionné leur lumière, en les regroupant par formation stellaire (le poids total des étoiles). Dans l'image moyennée, un motif chimique inattendu est apparu : il y avait beaucoup plus d'azote que prévu, en particulier dans les régions chaudes. La fraction des éléments plus lourds que l'hélium — la métallicité — dans les plus petites galaxies n'était que de 2% de la valeur solaire. Cela indique que les premières supernovas ont expulsé une partie de la matière, empêchant l'accumulation d'éléments lourds.
D'où venait cet excès d'azote ? Dès le milieu du XXe siècle, Margaret Burbidge, Fred Hoyle et Hans Bethe ont expliqué comment les étoiles réalisent la nucléosynthèse : dans leurs entrailles, le carbone et l'oxygène se transforment en azote. Chez les étoiles massives au stade de Wolf-Rayet, ce processus est particulièrement intense. De puissants vents stellaires projettent l'azote ainsi préparé dans l'espace. Pour expliquer le rayonnement observé, il devait y avoir environ 1650 de ces « chefs cuisiniers » en activité simultanément dans chaque galaxie. Leurs efforts combinés auraient suffi à saturer d'azote tout un amas globulaire — un essaim dense de centaines de milliers d'étoiles qui, encore aujourd'hui, orbite autour de nombreuses galaxies.
Le motif chimique — peu de carbone, beaucoup d'azote, néon comme celui du Soleil — correspond exactement à ce que les astronomes voient dans les étoiles des amas globulaires actuels. Il s'avère que les anciennes « cuisines » galactiques ont préparé les ingrédients pour les générations futures d'étoiles. La lumière qui a voyagé pendant 13 milliards d'années nous a apporté leurs recettes.
L’effet de lentille gravitationnelle dans l’amas MACS J0416 a amplifié d’un facteur 100 la lumière de certaines galaxies — sans ce télescope naturel, elles seraient restées invisibles.
Dans le roman « La Lumière des jours passés » d’Arthur C. Clarke, des extraterrestres éliminent des étoiles pour empêcher leur effondrement en trous noirs. Ici, au contraire, nous voyons les étoiles disperser les éléments de la vie dans l’espace — et c’est cette générosité qui rend possible la diversité chimique des galaxies.