Utiliser les trous noirs pour remonter dans le temps et détecter les premières étoiles de l'Univers

Les premières étoiles de l'Univers, appelées étoiles de population III, sont toujours inobservées. Une nouvelle méthode pour les détecter pourrait changer cela, en utilisant... les trous noirs.


Peu après le Big Bang, les premières étoiles se sont formées, composées principalement d'hydrogène et d'hélium. Ces étoiles de population III étaient gigantesques, très chaudes et de courte durée de vie. Elles ont synthétisé les éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium et ont été cruciales pour la formation des étoiles et galaxies suivantes. Cependant, leur détection directe est restée hors de portée de nos télescopes, en raison de leur éloignement.

Une équipe de chercheurs de l'Université de Hong Kong (HKU) a développé une méthode pour détecter ces premières étoiles. Sous la direction du Professeur Jane Lixin DAI, l'équipe a découvert que les étoiles de population III peuvent être déchirées par les forces de marée lorsqu'elles s'approchent trop près d'un trou noir massif. Cet événement, connu sous le nom de rupture par effet de marée, génère des flashs lumineux qui peuvent être observés à travers des milliards d'années-lumière.

Les chercheurs ont montré que les flashs éloignés se distinguent par leur durée allongée due à l'expansion de l'Univers et par leur décalage vers le rouge lorsqu'ils atteignent la Terre. Les photons émis sont étirés au cours de leur long voyage, prolongeant ainsi la montée et le déclin des flashs. Ces caractéristiques permettent de différencier les rupture par effet de marée des étoiles de population III de ceux des étoiles plus récentes.

Les télescopes spatiaux James Webb (JWST) et Nancy Grace Roman de la NASA sont particulièrement bien équipés pour détecter ces émissions infrarouges. Le télescope Roman, en particulier, a la capacité d'observer simultanément une grande partie du ciel et d'explorer les profondeurs de l'Univers primitif. Cela en fait un outil prometteur pour la détection des flashs lumineux de rupture par effet de marée des étoiles de population III.

Janet Chang, doctorante à HKU, estime que plusieurs dizaines de ces événements pourraient être détectés chaque année par le télescope Roman, si une stratégie d'observation adéquate est mise en place.

Ces avancées offrent des perspectives pour comprendre les premières étoiles de l'Univers et les processus de formation des éléments lourds. Toutefois, des défis subsistent, notamment la nécessité de stratégies d'observation optimisées et la confirmation des signatures des rupture par effet de marée dans les données.