a écrit :Beatriz BARBUY
Vice-directrice
Institut d’Astronomie de Sao Paulo (Brésil)
LES VIEILLES ÉTOILES,
FORMATION ET ÉVOLUTION DE LA GALAXIE
La nucléosynthèse du Big-Bang n’a produit que les éléments légers H, He, Li, et des traces de Be et B. Les éléments chimiques à partir du Carbone ont été produits lors de la nucléosynthèse ayant lieu au coeur des étoiles. En 2007 nous fêtons les 50 ans de l’article de Burbidge, Burbidge, Fowler & Hoyle (B2FH), où les processus de création des éléments à l’intérieur stellaire étaient présentés pour la première fois.
Les premières étoiles se sont formées tout au début de la formation des galaxies, et elles ont explosé comme des supernovae. À des «redshifts» lointains z>6, ces premières étoiles ont causé une réionisation de l’Univers.
Cette première génération d’étoiles n’a jamais été observée, mais ces étoiles devraient être trouvées sous deux formes :
a) celles de grande masse peuvent être détectées sous forme de sursauts en rayons gamma à des redshifts de l’ordre de 5
8) celles de petite masse doivent exister encore aujourd’hui. Des étoiles très pauvres en métaux ont été trouvées récemment à des métallicités 100.000 fois plus petites que le Soleil ([Fe/H]<-5.0), mais des étoiles à métallicité nulle n’ont pas encore été détectées.
Les étoiles très pauvres en métaux observables présentent des abondances chimiques qui témoignent des processus de nucléosynthèse ayant eu lieu lors de la première génération d’étoiles.
Les études que nous poursuivons tentent de déterminer l’abondance chimique dans les vieilles étoiles du halo Galactique, des vieux amas globulaires et étoiles de champs du bulbe Galactique, ainsi que dans des galaxies elliptiques.
Concernant des étoiles du halo Galactique, en 1988, nous avons montré qu’il y a un excès de l’abondance de l’oxygène par rapport au fer. L’implication de ce résultat est que le halo a été enrichi par des étoiles de grande masse, qui ont explosé comme des supernovae dites de type II.
Plus récemment en 2004, en collaboration avec l’équipe de l’Observatoire de Paris, ce résultat a été confirmé pour des étoiles de métallicités très faibles, observées au Very Large Télescope (VLT) de l’Observatoire Européen Austral (ESO). Dans ce même grand projet au VLT-ESO, un autre résultat de grand impact a été la détection de l’Uranium dans une étoile du halo. L’Uranium étant un élément radioactif, il a été possible dedéterminer l’âge de l’étoile à 14 milliards d’années.
Une autre étude prometteuse concerne des étoiles du halo pauvres en métaux tels que le Fer, mais très enrichies en Carbone, et en éléments lourds à capture de neutrons de types s (slow) et r (rapid), de nombre atomique Z entre 38 et 92. Un pourcentage de 25% des étoiles très pauvres en métaux sont de ce type. Elles contiennent des signatures de processus de nucléosynthèse ayant eu lieux dans la première génération d’étoiles, et peuvent nous renseigner en particulier sur le processus r, qui est encore mal connu.
Le bulbe Galactique contient des étoiles riches en métaux. Dû à une intense et rapide formation d’étoiles, le bulbe présente également une composante vieille, bien qu’avec des métallicités solaires. En1995, en utilisant des données du Télescope Spatial Hubble, nous avons montré que des amas globulaires riches en métaux du bulbe sont presque du même âge que le halo. Des abondances chimiques montrent qu’il y a aussi dans le bulbe un excès d’éléments dits «alpha» comme l’Oxygène et le Magnésium, ce qui indique un enrichissement par des supernovae de type II, tout comme pour le halo.
L’étude des amas globulaires du bulbe montre que plusieurs de ces amas ont des
métallicités intermédiaires ([Fe/H]~-1.0), ce qui peut être une caractéristique du bulbe En 2006, nous avons également mis en évidence l’existence d’un nouvel amas globulaire de métallicité intermédiaire dans le bulbe.
Finalement, la connaissance des spectres des étoiles nous a mené à étudier les spectres composés de plusieurs générations d’étoiles dans les galaxies elliptiques. Dans deux papiers récents nous avons pu déterminer des excès de Magnésium dans des galaxies elliptiques de groupes compacts de galaxies.