Une nouvelle fenêtre sur les premières étoiles de l'Univers

Une nouvelle fenêtre sur les premières étoiles de l'Univers:

La découverte de l'astre le plus lointain connu par l'homme ouvre une nouvelle fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur avec ou sans vitres. Une fenêtre...) sur une période encore inexplorée de l'histoire de notre Univers (On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant...): celle de la formation des premières étoiles et des premières galaxies qui a conduit à l'Univers que nous connaissons actuellement.


Image d'artiste d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme...) massive (Le mot massif peut être employé comme :) produisant un sursaut gamma (Les sursauts gamma (en anglais, gamma-ray bursts, abrégé en GRB) sont des bouffées de photons gamma qui apparaissent...).


Depuis quelques années les astrophysiciens espéraient découvrir des explosions d'étoiles massives dans l'Univers très jeune (entre 400 et 700 millions d'années). Cette période de la vie de notre Univers est particulièrement intéressante car elle correspond à la formation des premières étoiles et galaxies qui ont illuminé le cosmos après une longue période d'âges sombres. De telles explosions, appelées "sursauts gamma", se produisent lorsque le cœur d'une étoile de plus de 20 masses solaires s'effondre en un trou noir qui avale les parties centrales de l'étoile en quelques secondes et expulse un jet de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont...) à des vitesses proches de celle de la lumière (La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des...) (figure ci-dessus). Les sursauts gamma sont composés de deux phases: un éclair intense de rayons X et gamma produit au moment même de l'explosion (qui ne traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails,...) pas l'atmosphère terrestre) et une émission résiduelle dans tout le spectre électromagnétique (Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement électromagnétique selon ses différentes composantes en...) produite par le choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de...) du jet de matière sur le milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre les étoiles et leur...). Les sursauts gamma sont observés régulièrement par le satellite (Satellite peut faire référence à :) Swift de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de...) qui alerte les observatoires au sol qui peuvent ainsi étudier l'émission résiduelle pour mesurer la distance et l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la...) de l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement...) et trouver la galaxie dans laquelle celle-ci s'est produite. La luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) extrême des sursauts gamma permet de les détecter jusque dans les régions les plus reculées de l'Univers.

Le 23 avril dernier à 7h55 le satellite Swift de la NASA a détecté un éclair de rayons gamma d'une durée de 10 secondes qu'il a rapidement localisé (voir notre news). Cet événement a été baptisé GRB 090423, (GRB pour "Gamma-Ray Burst") suivi de la date à laquelle le sursaut a été détecté. En même temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les...) qu'il tournait pour orienter ses télescopes visibles et à rayons X en direction du sursaut, plusieurs télescopes faisaient de même sur la Terre (La Terre, foyer de l'humanité, est surnommée la planète bleue. C'est la troisième planète du système solaire en partant...). Dans les minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. ...) qui ont suivi l'alerte le sursaut était observé par divers télescopes qui ont fourni des résultats étonnants: les télescopes équipés de caméras visibles ne détectaient aucune trace (De manière générale, une trace est l'influence d'un événement sur son environnement. On utilise parfois le terme...) de l'explosion tandis que ceux qui étaient équipés de caméras infrarouges, comme le télescope (Un télescope (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir ») est un...) anglais UKIRT et le télescope Gemini à Hawaii, détectaient une nouvelle étoile plutôt brillante. Rapidement les astronomes ont compris qu'il pouvait s'agir d'une explosion extrêmement distante dont la lumière avait été décalée vers le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) par l'expansion de l'Univers. Une dizaine d'heures après le sursaut gamma plusieurs observations (L'observation est l'action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l'aide...) couvrant simultanément les deux domaines visibles et infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la...) (spectres obtenus au télescope italien TNG des îles Canaries et au Very Large Telescope de l'ESO et observations photométriques réalisées avec le télescope allemand GROND - figure ci-après) ont pleinement confirmé cette hypothèse audacieuse. Ces mesures ont révélé une explosion ayant eu lieu lorsque l'Univers avait seulement 4% de son âge actuel (soit 630 millions d'années, ce qui correspond à un décalage vers le rouge z = 8,1). Les auteurs de ces observations venaient d'identifier l'astre le plus lointain jamais observé par l'homme, une explosion stellaire tellement lumineuse qu'elle a pu être détectée après que la lumière ait voyagé pendant 13 milliards d'années.

Cette découverte, à laquelle est associé Olivier Godet un chercheur post-doctoral de l'Observatoire Midi-Pyrénées (INSU-CNRS, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche),...) Paul Sabatier), tombe comme une excellente nouvelle après le colloque de prospective du CNES qui vient d'officialiser l'engagement du projet (Un projet est - dans un contexte professionnel - une aventure temporaire entreprise dans le but de créer un produit ou...) du projet Sino-Français SVOM dont l'un des objectifs est précisément la détection et l'étude des sursauts gamma les plus lointains de l'Univers. La mission SVOM, prévue pour un lancement en 2014, permettra de systématiser la détection de ces événements grâce à une combinaison (Une combinaison peut être :) instrumentale unique qui inclut des détecteurs de rayons gamma dans l'espace, un système de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à...) rapide (quelques dizaines de secondes) des alertes vers la Terre, et des télescopes terrestres équipés de caméras infrarouges. Les chercheurs de l'Observatoire Midi-Pyrénées, qui ont une longue tradition d'étude de l'Univers jeune et de l'Univers à haute énergie, jouent un rôle de premier plan dans le projet SVOM. Le Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements (CESR: INSU-CNRS, Université Paul Sabatier) fournira le détecteur (Un détecteur est un moyen technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de...) de rayons gamma du télescope ECLAIRs, le dispositif embarqué sur le satellite de détection et d'alerte des sursauts gamma réalisé sous la maîtrise d'œuvre du CEA-IRFU à Saclay, tandis que le Laboratoire d'Astrophysique (L'astrophysique est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et...) de Toulouse-Tarbes (LATT: INSU-CNRS, Université Paul Sabatier) prépare un télescope terrestre équipé d'une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues...) infrarouge. Sont également impliqués dans ce projet: le Laboratoire d'Astronomie (Avec plus de 6 000 ans d'Histoire, l'astronomie est probablement la plus ancienne des sciences naturelles, ses origines...) de Marseille (LAM: INSU-CNRS, Université Aix-Marseille I, Observatoire Astronomique (Un observatoire astronomique est un lieu destiné à l'observation astronomique. Les laboratoires modernes sont largement...) de Marseille Provence), l'Observatoire de Haute Provence (INSU-CNRS, Observatoire Astronomique de Marseille Provence), l'Institut d'Astrophysique de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d'Île-de-France. Cette ville...) (INSU-CNRS, Université de Paris 6).

Les perspectives ouvertes par la détection de GRB 090423 sont immenses puisque les astronomes savent maintenant qu'ils ont les moyens d'étudier les premières générations d'étoiles et que celles-ci, lorsqu'elles explosent, deviennent pour quelques heures des "phares" puissants qui éclairent une période inexplorée de l'histoire de notre Univers: celle de la formation des premiers astres lumineux.


Image résiduelle de l'explosion prise par le télescope GROND 15 heures après le sursaut gamma,
montrant l'absence de détection visible (aucun signal n'est détecté au-dessus du niveau de bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration...)
de fond dans les filtres visibles g',r',i',z') et la présence d'une émission lumineuse en infrarouge
dans les filtres J, H et K. Une telle coupure entre émission visible et infrarouge est caractéristique
des astres dont la lumière nous parvient après un voyage de 13 milliards d'années.

                                                                          Source: CNRS / INSU

                                                                          Illustrations: Vue d'artiste: © NASA/Swift/Mary Pat Hrybyk-Keith and John Jones; Grond: © GROND/MPE

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