Une équipe internationale d'astronomes de l'Université de Californie à San Diego, l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), et l'Université de Cambridge ont détecté de grandes quantités d'oxygène dans l'atmosphère de l'une des étoiles les plus anciennes et les plus élémentaires connues, une « étoile primitive » que les scientifiques appellent J0815+4729.

Cette nouvelle découverte, qui a été réalisé à l'aide de l'observatoire W. M. Keck sur Maunakea à Hawaï pour analyser la composition chimique de l'ancienne étoile, fournit un indice important sur la façon dont l'oxygène et d'autres éléments importants ont été produits dans les premières générations d'étoiles de l'univers.

Les résultats sont publiés le 21 janvier édition 2020 du Les lettres du journal astrophysique .

"Ce résultat est très excitant. Il nous parle de certains des premiers temps de l'univers en utilisant des étoiles dans notre arrière-cour cosmique, " a déclaré le scientifique en chef de l'observatoire Keck, John O'Meara. " J'ai hâte de voir plus de mesures comme celle-ci afin que nous puissions mieux comprendre les premiers ensemencements d'oxygène et d'autres éléments dans le jeune univers. "

L'oxygène est le troisième élément le plus abondant dans l'univers après l'hydrogène et l'hélium, et est essentiel pour toutes les formes de vie sur Terre, comme la base chimique de la respiration et un élément constitutif des glucides. C'est aussi le principal composant élémentaire de la croûte terrestre. Cependant, l'oxygène n'existait pas dans l'univers primitif; il est créé par des réactions de fusion nucléaire qui se produisent au plus profond des étoiles les plus massives, ceux dont la masse est d'environ 10 fois la masse du Soleil ou plus.

Pour retracer la production précoce d'oxygène et d'autres éléments, il faut étudier les étoiles les plus anciennes encore existantes. J0815+4729 est l'une de ces étoiles ; il réside sur 5, 000 années-lumière vers la constellation du Lynx.

"Les étoiles comme J0815+4729 sont appelées étoiles de halo, " a expliqué l'astrophysicien de l'UC San Diego Adam Burgasser, un co-auteur de l'étude. "Cela est dû à leur distribution à peu près sphérique autour de la Voie lactée, par opposition au disque plat plus familier des étoiles plus jeunes qui incluent le Soleil."

Les étoiles Halo comme J0815+4729 sont de véritables étoiles anciennes, permettant aux astronomes d'avoir un aperçu de la production d'éléments au début de l'histoire de l'univers.

L'équipe de recherche a observé J0815+4729 à l'aide du spectromètre à échelle haute résolution (HIRES) de l'observatoire Keck sur le télescope Keck I de 10 m. Les données, qui a nécessité plus de cinq heures à regarder l'étoile en une seule nuit, ont été utilisés pour mesurer les abondances de 16 espèces chimiques dans l'atmosphère de l'étoile, y compris l'oxygène.

"La composition primitive de l'étoile indique qu'elle s'est formée au cours des premières centaines de millions d'années après le Big Bang, peut-être de la matière expulsée des premières supernovae de la Voie lactée, " a déclaré Jonay González Hernández, Ramón y Cajal chercheur postdoctoral et auteur principal de l'étude.

Les données HIRES de l'étoile de l'observatoire Keck ont ​​révélé une composition chimique très inhabituelle. Bien qu'il ait des quantités relativement importantes de carbone, azote, et de l'oxygène—environ 10, 8, et 3 pour cent des abondances mesurées dans le Soleil – d'autres éléments comme le calcium et le fer ont des abondances d'environ un millionième de celles du Soleil.

"Seules quelques étoiles de ce type sont connues dans le halo de notre galaxie, mais aucun n'a une telle quantité énorme de carbone, azote, et d'oxygène par rapport à leur teneur en fer, " a déclaré David Aguado, chercheur postdoctoral à l'Université de Cambridge et co-auteur de l'étude.

La recherche d'étoiles de ce type implique des projets dédiés qui passent au crible des centaines de milliers de spectres stellaires pour découvrir quelques sources rares comme J0815+4729, puis des observations de suivi pour mesurer leur composition chimique. Cette étoile a été identifiée pour la première fois dans les données obtenues avec le Sloan Digital Sky Survey (SDSS), puis caractérisé par l'équipe de l'IAC en 2017 à l'aide du télescope de la Grande Canarie à La Palma, Espagne.

"Il y a trente ans, nous avons commencé à l'IAC à étudier la présence d'oxygène dans les étoiles les plus anciennes de la Galaxie; ces résultats avaient déjà indiqué que cet élément était produit énormément dans les premières générations de supernovae. Cependant, nous ne pouvions imaginer trouver un cas d'enrichissement aussi spectaculaire que celui de cette étoile, " a noté Rafael Rebolo, Directeur de l'IAC et co-auteur de l'étude.