Dans les premières galaxies, des métaux en mouvement et des vents stellaires étonnamment faibles

Deux observations interrogent la manière dont les premières galaxies ont dispersé leurs éléments lourds. Avec le télescope spatial James-Webb, le programme SPURS a repéré des signes de gaz enrichi se déplaçant vers l’extérieur de trois galaxies lointaines. De son côté, le relevé TEMPOS de Hubble suggère que certaines étoiles massives pauvres en éléments lourds ont des vents plus faibles que prévu. Ces étoiles proches servent de points de comparaison pour étudier l’Univers jeune : ce ne sont pas des étoiles des premières galaxies observées directement.45

Comment sait-on que du gaz enrichi se déplaçait ?

Les trois galaxies étudiées par SPURS présentent des décalages vers le rouge compris entre 7,2 et 9,3. Dans leur spectre ultraviolet, des raies d’absorption révèlent des éléments lourds sous plusieurs états d’ionisation. Ces raies sont décalées vers le bleu par rapport à la vitesse des galaxies : le gaz qui les produit se rapproche de nous, ce qui concorde avec un mouvement vers l’extérieur de ces galaxies.

Il s’agit d’un indice d’écoulement de gaz enrichi, pas d’une carte de sa destination. Ces seules mesures ne disent ni jusqu’où le gaz a voyagé, ni s’il a quitté les galaxies pour atteindre l’espace intergalactique.

La nuance compte pour la recherche des étoiles de population III, qui se formeraient dans un gaz pratiquement dépourvu d’éléments lourds. Si ces écoulements ont atteint des régions voisines où naissent des étoiles, ils ont pu y réduire la quantité de gaz resté intact. Rien ne montre toutefois que l’enrichissement ait touché toutes les régions : des poches de gaz primordial pourraient subsister ailleurs.13

Ce que Hubble mesure dans des galaxies proches

TEMPOS a utilisé les observations ultraviolettes de Hubble pour étudier 29 étoiles massives dans six galaxies naines proches, pauvres en éléments lourds. Leurs vents stellaires — la matière qu’elles perdent au cours de leur vie — apparaissent étonnamment faibles. En dessous d’environ un dixième de la teneur du Soleil en éléments lourds, leur comportement pourrait s’écarter de la tendance obtenue en prolongeant les mesures réalisées dans des milieux plus riches. Ce possible écart reste provisoire.4510

Le mécanisme mérite d’être vérifié : les ions d’éléments lourds aident le rayonnement d’une étoile massive à entraîner du gaz hors de son atmosphère. Un vent moins efficace signifie donc potentiellement une perte de masse moindre.3 Mais toutes les études ne concluent pas au même écart. Une analyse antérieure de 11 étoiles de type O, également pauvres en éléments lourds, trouvait des vents très faibles compatibles avec les tendances extrapolées. Comparer les échantillons et les méthodes de modélisation sera essentiel.15

Pourquoi ces résultats comptent pour les modèles

Si la tendance suggérée par TEMPOS se confirme sur un plus grand nombre d’étoiles, celles-ci pourraient conserver davantage de masse jusqu’à leur mort. Les modèles devraient alors réexaminer leurs prédictions concernant les explosions finales, les résidus compacts et les échanges d’énergie et de matière avec le gaz qui alimentera de futures générations d’étoiles.34

Un vent issu d’une étoile et un écoulement à l’échelle d’une galaxie ne sont pourtant pas la même mesure. TEMPOS n’a pas suivi la mort des étoiles étudiées ; SPURS n’a pas déterminé quels mécanismes ont lancé les écoulements observés. De nouvelles observations spectroscopiques et des modèles affinés pourront tester la robustesse des résultats sur les vents. Des observations plus profondes avec Webb de candidats très pauvres en éléments lourds aideront aussi à évaluer les interprétations faisant intervenir la population III, tandis que l’étude du gaz des galaxies lointaines précisera le trajet de leurs éléments lourds.51013