Cette étoile ne devrait pas exister : « Nous n’avons jamais rien vu de tel »

« Nous n’avons jamais rien vu de tel », s’étonne l’astrophysicien Alex Ji. Avec son équipe, ils ont découvert une étoile dont la composition est étrange — tellement étrange qu’elle semble être le résultat d’une étoile précédente encore plus bizarre.

En analysant le spectre de cette étoile (poétiquement nommée J0931+0038), le résultat s’est avéré « stupéfiant », puisque les proportions chimiques ne sont pas les bonnes. Trois particularités, prises ensemble, sont considérées comme fortement improbables pour une « recette » stellaire :

• Un excès d’éléments lourds comme le strontium et le palladium ;
• Un excès d’éléments proches du fer — nickel, zinc ;
• Inversement, de faibles quantités d’éléments impairs du tableau périodique.

« Nous voyons parfois une seule de ces caractéristiques à la fois, mais nous ne les avons jamais vues toutes ensemble dans une même étoile », détaille Jennifer Johnson, co-autrice de ces travaux. L’étude qui en découle, déjà mise en ligne, sera publiée fin janvier 2024 dans Astrophysical Journal Letters.

Archéologie stellaire et étoile Barbenheimer

Pour comprendre les origines de cette étrange étoile, les scientifiques ont procédé à de l’« archéologie stellaire ». Car pour comprendre la composition de cette étoile, il faut remonter à celle qui était là auparavant, durant l’âge primitif de l’Univers, et dont les restes sont constitutifs de celle actuellement observée. Or, ces étoiles de l’âge primitif sont inaccessibles, invisibles, elles peuvent être analysées seulement dans leurs vestiges — leurs successeuses en somme : « Même le télescope spatial James Webb, le plus puissant que nous ayons, ne peut pas voir ces premières étoiles, c’est pourquoi nous nous intéressons à cette deuxième génération. »

En l’occurrence, l’étoile qui a précédé J0931+0038 était si vertigineuse, et digne d’un film, que les chercheurs et chercheuses l’ont surnommé « Barbenheimer » (en référence au mème issu du double hit cinématographique de l’été 2023, Oppenheimer et Barbie). C’est son explosion en supernova qui a permis à la nouvelle étoile de naître. Une supernova extrêmement puissante : « (…) Il est possible qu’elle ait été suffisamment énergétique pour faire exploser une galaxie entière à elle seule, bien qu’une petite galaxie. »

Mais l’énigme va plus loin. L’étoile Barbenheimer faisait 50 à 80 fois la masse de notre Soleil. Avec une telle masse, une mort sous cette forme n’a rien de normal : elle n’aurait pas dû exploser en supernova. Il est admis qu’une étoile d’une telle masse doit s’effondrer en trou noir, purement et simplement. Ainsi, l’étoile Barbenheimer ne s’est pas comportée comme prévu par les modèles actuels.

« Étonnamment, aucun modèle existant de formation élémentaire ne peut expliquer ce que nous voyons », complète Sanjana Curtis, troisième co-autrice de cette étude. Et selon elle, il ne s’agit pas seulement de modifier deux ou trois ingrédients dans notre compréhension de la formation des étoiles pour rendre logique cette observation : « Tout le schéma de cette formation élémentaire semble presque contradictoire. »

Pour Sanjana Curtis, cette observation signifie qu’il va falloir repousser nos modèles dans leurs retranchements. « Cela indique que nous pourrions avoir besoin de meilleures théories de la physique des supernovas, et peut-être même de meilleures théories de l’évolution stellaire elle-même. »

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