Selon Futura Sciences, des observations réalisées par le télescope spatial James-Webb (JWST) pourraient enfin lever le voile sur l’existence hypothétique d’étoiles surpassant cent mille fois la masse du Soleil. Ces astres, dont la formation aurait été possible seulement quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, pourraient expliquer la nature des mystérieux « petits points rouges » (Little Red Dots, ou LRD) détectés dans les données infrarouges de l’instrument. Une hypothèse qui, si elle se confirme, révolutionnerait notre compréhension des premières étoiles de l’Univers.

Ce qu'il faut retenir

  • Le télescope James-Webb a observé plus de 300 objets compacts baptisés Little Red Dots, visibles entre 600 millions et 1,5 milliard d’années après le Big Bang.
  • Ces astres émettent une lumière rouge et ultraviolette caractéristique, mais ne présentent pas les signatures attendues d’un trou noir supermassif.
  • Des modèles théoriques récents suggèrent qu’il pourrait s’agir d’étoiles supermassives instables, pulsantes et entourées de coquilles de gaz riches en azote.
  • Ces étoiles, d’une masse de l’ordre de 100 000 masses solaires, pourraient s’effondrer directement en trous noirs supermassifs, une théorie envisagée depuis des décennies.
  • Le travail des chercheurs, publié dans The Astrophysical Journal Letters, est le premier à expliquer simultanément les propriétés spectrales, morphologiques et chimiques de ces objets.

Des étoiles géantes nées dans un Univers primitif

Jusqu’à présent, les étoiles observées dans l’Univers actuel ne dépassent guère une centaine de masses solaires. Pourtant, les conditions physiques et chimiques régnant quelques centaines de millions d’années après le Big Bang auraient pu permettre l’émergence d’astres bien plus massifs, atteignant 100 000, voire un million de masses solaires. Ces étoiles hypothétiques, dites « supermassives », auraient joué un rôle clé dans l’évolution cosmique, notamment en enrichissant l’Univers en éléments lourds avant de s’effondrer en trous noirs supermassifs, ces monstres gravitationnels tapis au cœur des galaxies.

Selon Futura Sciences, le télescope James-Webb pourrait avoir détecté les premiers indices de leur existence. Les données recueillies par l’instrument révèlent en effet plus de 300 objets compacts, baptisés Little Red Dots, dont la luminosité et la couleur rouge trahissent une origine inhabituelle. Leur présence, observable entre 600 millions et 1,5 milliard d’années après le Big Bang, coïncide avec une période où les conditions de l’Univers permettaient peut-être la formation de tels astres.

Des « petits points rouges » aux propriétés énigmatiques

Les Little Red Dots ont été découverts il y a quelques années dans les données infrarouges du JWST. Leur principale caractéristique ? Une combinaison de lumière rouge et ultraviolette inédite, ainsi qu’une morphologie compacte et une luminosité extrême. Ces propriétés ont d’abord conduit les astronomes à envisager l’hypothèse de trous noirs supermassifs en pleine croissance, comme ceux des quasars, ces astres paradoxaux découverts dans les années 1960 et dont la population a depuis décliné.

Cependant, les observations récentes remettent en cause cette interprétation. Les Little Red Dots ne présentent pas les signatures attendues d’un trou noir supermassif, comme de fortes émissions de rayons X ou d’ondes radio. « Ils semblent nous indiquer que quelque chose de très lumineux est dissimulé à l’intérieur d’un gaz dense », explique Devesh Nandal, astrophysicien à l’Observatoire du Harvard College et coauteur d’une étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters. Une énigme qui a poussé les chercheurs à explorer d’autres pistes, dont celle des étoiles supermassives.

Des étoiles pulsantes et instables, précurseurs des trous noirs

Dans un article disponible en accès libre sur la plateforme arXiv, l’équipe dirigée par Devesh Nandal propose un modèle inédit pour expliquer l’origine des Little Red Dots. Selon leurs travaux, ces objets pourraient être des étoiles supermassives, instables et pulsantes, entourées de coquilles de gaz et de poussière. Ces étoiles, d’une masse d’environ 100 000 fois celle du Soleil, subiraient en fin de vie des pulsations puissantes, baptisées « modes étranges », conduisant à l’éjection massive de matière riche en azote. C’est précisément cette matière éjectée qui expliquerait les signatures chimiques observées dans les spectres des Little Red Dots.

Après leur dernière éjection, ces étoiles massives continueraient d’évoluer avant de s’effondrer directement en trous noirs supermassifs. « À ma connaissance, il s’agit du premier modèle capable d’expliquer simultanément autant de propriétés observées, depuis les spectres jusqu’à la morphologie et aux signatures chimiques », souligne Devesh Nandal dans un communiqué du Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. « Même les scénarios concurrents commencent maintenant à invoquer des étoiles supermassives comme moteur central. »

Une avancée majeure pour l’astrophysique relativiste

L’hypothèse des étoiles supermassives n’est pas nouvelle. Dès les années 1960, des pionniers comme le physicien Richard Feynman ou l’astrophysicien indien Subrahmanyan Chandrasekhar avaient exploré théoriquement leur existence. Ces astres, décrits par la théorie de la relativité générale, auraient été parmi les premières étoiles nées après le Big Bang, avant de disparaître progressivement avec l’évolution de l’Univers. Pourtant, aucun télescope n’avait jusqu’à présent permis de les observer directement.

Les travaux de Devesh Nandal et de ses collègues pourraient enfin combler ce vide. Leur modèle, le premier à reproduire les propriétés des Little Red Dots, marque une étape importante dans l’étude des étoiles supermassives. « Les petits points rouges sont mystérieux parce qu’ils combinent des indices qui, normalement, ne vont pas ensemble », rappelle l’astrophysicien. « Ils nous offrent une fenêtre unique sur les conditions extrêmes de l’Univers primordial. »

Et maintenant ?

Les chercheurs prévoient désormais d’affiner leurs modèles et d’effectuer de nouvelles observations pour confirmer l’hypothèse des étoiles supermassives. Le télescope James-Webb, avec sa capacité à sonder les profondeurs de l’Univers, restera au cœur de ces investigations. Par ailleurs, des instruments futurs, comme le télescope Roman Space Telescope de la NASA, dont le lancement est prévu pour 2027, pourraient fournir des données complémentaires pour valider ou infirmer cette théorie. Une chose est sûre : si ces étoiles existent bel et bien, elles transformeront notre compréhension de la formation des trous noirs supermassifs et de l’évolution des premières générations d’étoiles.

En attendant, les Little Red Dots continuent de fasciner les astronomes. Leur étude pourrait également éclairer d’autres mystères cosmologiques, comme la nature des quasars ou la répartition des éléments lourds dans l’Univers jeune. Une chose est certaine : avec chaque nouvelle observation, l’astronomie franchit un pas de plus vers la résolution des énigmes les plus anciennes.

Les étoiles supermassives étaient possibles dans l’Univers primordial en raison de conditions physiques différentes : une composition chimique plus simple, une densité de gaz plus élevée et une absence de métaux lourds, qui favorisent aujourd’hui la fragmentation des nuages moléculaires en étoiles moins massives. Avec le temps, l’enrichissement de l’Univers en éléments lourds a rendu la formation de telles étoiles impossible.

Le JWST observe l’Univers dans l’infrarouge, une gamme de longueurs d’onde idéale pour détecter les objets lointains et poussiéreux. Les Little Red Dots, bien que compacts, émettent une lumière rouge et ultraviolette caractéristique, captée par les instruments du télescope. Leur détection repose sur des techniques d’analyse spectrale et d’imagerie à haute résolution.