Le télescope spatial James Webb (JWST) représente un bond monumental dans notre capacité à observer les premiers instants de l’univers. Lancé en décembre 2021, le déploiement réussi du télescope – notamment le déploiement de son immense pare-soleil – a marqué le début d’une ère où l’observation des toutes premières étoiles n’est plus de la science-fiction, mais à portée de main.
Le puzzle des premiers trous noirs
L’une des premières surprises du JWST a été la découverte de trous noirs supermassifs qui existaient lorsque l’univers n’avait que 3 % de son âge actuel. Ces trous noirs, dont certains dépassent un million de fois la masse de notre soleil, posent une énigme de taille : comment se sont-ils formés si rapidement ? Une théorie suggère que des trous noirs plus petits, nés de la mort explosive des premières étoiles (connues sous le nom d’étoiles de la Population III), ont fusionné rapidement sous l’effet de la gravité pour créer ces géantes. Cependant, le calendrier de ce processus est serré, ce qui soulève des questions sur les mécanismes qui ont permis à des milliers de petits trous noirs de fusionner en quelques centaines de millions d’années seulement.
Étoiles de la population III : la première lumière de l’univers
Les étoiles de la population III sont la clé pour répondre à ces questions. Ces étoiles se sont formées dans un univers primordial composé presque entièrement d’hydrogène et d’hélium, avec seulement des traces d’autres éléments. Elles étaient bien plus massives que les étoiles nées aujourd’hui, vivant vite et mourant jeunes dans des supernovae spectaculaires. Ces explosions ont semé dans l’univers des éléments plus lourds – carbone, oxygène, fer – essentiels à la formation des planètes et de la vie.
Le problème est que personne n’a jamais observé directement ces étoiles. Leur extrême distance et l’expansion de l’univers rendent la détection difficile, mais JWST propose une solution.
Lentille gravitationnelle : un microscope cosmique
Pour surmonter ce défi, les astronomes utilisent un phénomène appelé lentille gravitationnelle. Les objets massifs, comme les amas de galaxies, courbent l’espace lui-même, grossissant la lumière des galaxies lointaines situées derrière eux. Cet effet, prédit par Einstein, transforme essentiellement l’univers en télescope naturel. En pointant JWST vers ces lentilles, nous pouvons atteindre des facteurs de grossissement allant jusqu’à 10 000 dans certaines régions, transformant ainsi l’observatoire en un microscope cosmique. Cela nous permet de voir des objets qui seraient autrement impossibles à détecter.
Premiers aperçus : Icare et Earendel
Ces dernières années, les astronomes ont déjà aperçu certaines des étoiles les plus anciennes à ce jour. En 2016, le télescope spatial Hubble a repéré « Icare », la première étoile observée grâce à cette méthode, située à une distance incroyable de 200 fois la distance de toute étoile connue auparavant. Plus récemment, en 2022, JWST a découvert « Earendel », une étoile cinq fois plus éloignée qu’Icare, apparaissant telle qu’elle était lorsque l’univers n’avait que 7 % de son âge actuel.
Ces découvertes suggèrent que nous pourrions bientôt observer directement la toute première génération d’étoiles. Cependant, même ces observations ne sont que des instantanés dans le temps : nous voyons ces étoiles telles qu’elles étaient il y a des milliards d’années, et non telles qu’elles existent aujourd’hui.
La matière noire et la recherche de structures invisibles
La lumière de ces étoiles anciennes ne révèle pas seulement des informations sur leur composition ; il traverse également les structures invisibles de la matière noire. La matière noire constitue la grande majorité de la matière de l’univers, mais sa nature reste inconnue. En analysant la distorsion de la lumière des étoiles, les astronomes peuvent cartographier la répartition de la matière noire et tester les théories sur sa composition. Certaines observations récentes suggèrent que la matière noire pourrait former des structures de masses comparables à celles des planètes, ce qui exclurait certains modèles de matière noire.
L’avenir de First Light
La chasse aux étoiles de la population III s’accélère. Le prochain télescope spatial romain Nancy Grace étudiera une plus grande partie du ciel, révélant des milliers de nouvelles lentilles gravitationnelles. Le projet d’Observatoire des mondes habitables (HWO) promet des capacités encore plus grandes, nous permettant potentiellement d’étudier ces étoiles anciennes avec des détails sans précédent.
En combinant la puissance des télescopes avancés avec les lentilles naturelles, nous entrons dans un âge d’or de l’astronomie. Observer les premières étoiles de l’univers ne consiste pas seulement à comprendre le cosmos primitif ; il s’agit de percer les mystères fondamentaux de la matière noire et les origines de tout ce que nous voyons aujourd’hui. Les premières étoiles de dinosaures seront bientôt confirmées et nous les étudierons plus en détail, révélant des secrets cachés depuis des milliards d’années.
