Une étoile trop primitive ?

[ChiCyg 0]

Une lettre de Nature d'astronomes européens fait part de l'observation d'une étoile très primitive dans notre galaxie.

Elle a 80 % de la masse solaire, est datée de 13 milliards d'années, est très pauvre en éléments autres qu'helium et hydrogène et a moins de lithium que ne le prévoient les modèles de la nucléo-synthèse primordiale.

Elle pose aussi le problème de sa formation : les modèles ne savent pas former de petites étoiles en l'absence des éléments plus lourds produits par les étoiles massives. Dans le cadre de ces modèles on ne comprend donc pas comment cette étoile a pu se former.

La lettre de Nature : http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1132/eso1132.pdf
Deux articles sur le sujet :
http://www.lemonde.fr/planete/article/2011/08/31/decouverte-d-une-etoile-qui-ne-devrait-pas-exister_1565997_3244.html#xtor=AL-32280184
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/une-etoile-impossible-intrigue-les-astrophysiciens_33163/#xtor=AL-27-1

[Ce message a été modifié par ChiCyg (Édité le 02-09-2011).]

[PascalD 4 386]

Tiens, tiens, tiens.

Un grain de sable dans la seule science astronomique digne de ce nom (l' astrophysique) ? Va falloir modifier le modèle, tu devrais contacter les cosmologistes, ils ont l' habitude

Bon, en même temps, le modèle de formation stellaire est-il vraiment tellement abouti qu'il faille s' étonner de trouver une étoile qui ne rentre pas dans son cadre ?

[Ce message a été modifié par PascalD (Édité le 02-09-2011).]

[Superfulgur 16 153]

Oui, PascalD, a priori c'est çà... Les modèles ne fonctionnent pas avec cette étoile, il va falloir les retravailler.

Si j'ai bien compris, la première génération d'étoiles, pour faire simple, est à 75 % d'H et 25 % d'He plus des traces de lithium. Bon, le problème, c'est qu'un nuage de cette composition est trop chaud : il ne peut pas se condenser en étoile, çà ne fonctionne que pour des étoiles supergéantes. Or, ici, on a en gros une étoile solaire : elle ne peut donc pas se former avec 75 + 25. Pour qu'une étoile solaire se forme après le big bang, il faut que la première génération explose et alimente le gaz en éléments lourds, là, le nuage est suffisament froid pour se condenser... Voilà, en gros, si j'ai bien compris.
Pour fixer les idées, 13.7 milliards d'années après le BB, le Soleil est à 70 % + 28 % + 2 % d'éléments lourds.

S

[Kaptain 5 892]

quote:

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Pour fixer les idées, 13.7 milliards d'années après le BB, le Soleil est à 70 % + 28 % + 2 % d'éléments lourds.

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Ca alors, si peu d'éléments lourds au bout de tout ce temps !!! Je comprends mieux le sens du mot "poussière" dans l'expression "poussières d'étoiles"... On est vraiment des résidus... Modestie, modestie...

[PerrouriefhCedric 4 125]

Mince alors, moi qui croyais avoir à peu près compris la naissance, la vie, la mort et même la réincarnation des étoiles ! Et paf ! C'est bête, il va falloir corriger tout les diaporamas d'initiation si on ne veut pas raconter des bêtises au grand public

[Bruno- 3 989]

« C'est bête, il va falloir corriger tout les diaporamas d'initiation si on ne veut pas raconter des bêtises au grand public »

Non, il n'y a rien à corriger (à moins que tu aies une diapo disant "il ne peut pas se former de petite étoile en l'absence d'étoiles massives au tout début de l'univers" ou quelque chose de ce genre). Cette découverte ne bouleverse rien au niveau du scénario global de la vie des étoiles.

[Gordon 0]

Kaptain : "Ca alors, si peu d'éléments lourds au bout de tout ce temps !!! Je comprends mieux le sens du mot "poussière" dans l'expression "poussières d'étoiles"... On est vraiment des résidus... Modestie, modestie..."

On peut aussi dire qu'on est la quintessence, le résultat d'un patient et cosmique raffinement de la substance, une pesanteur peu à peu attribué à l'être après la lente élimination de son insoutenable légèreté...

[ChiCyg 0]

En fait, cette observation soulève (au moins) deux séries de problèmes :

I) A priori on devrait observer dans l'étoile à peu près autant de lithium qu'il est censé y avoir dans l'espace interstellaire quelques temps après le big bang, au moment où elle s'est formée. C'est à dire le taux de lithium que donnent les modèles de "nucléo-synthèse primordiale" (pour faire branché ). Quant à eux, les modèles de "physique stellaire" prévoient que des "petites" étoiles de l'ordre de la masse solaire ne "brûlent" pas leur lithium faute d'une température suffisante. Donc, d'après ces derniers modèles, ce lithium est censé ne pas pouvoir "disparaître".

On observe dans cette étoile beaucoup moins de lithium que prévu par ce modèle. 3 pistes :
. l'observation est fausse,
. le scénario de nucléo-synthèse primordiale est faux,
. les modèles d'étoiles sont faux.

On peut même parier que l'explication est dans une combinaison de ces trois "incertitudes" .

II) A priori, à ces époques reculées (juste 700 millions d'années après le gros boum) les seules étoiles que les modèles savent former sont des grosses étoiles. Because la masse de gaz d'une petite proto-étoile qui se contracte ne se refroidit pas suffisamment vite en l'absence d'éléments plus lourds (carbone, azote, oxygène, calcium, potassium, etc ...) qui émettent plus de rayonnement que les seuls atomes d'hydrogène et d'hélium et qui, par là, permettent à la masse de l'étoile en formation de se refroidir et donc de continuer à se contracter jusqu'à aboutir à une étoile.

Autrement dit, par l'absence d'un rayonnement suffisant, la masse de gaz proto-stellaire stoppe sa contraction.

Même motif, même punition : tout ou partie des éléments peuvent être faux ou en partie faux :
. l'observation,
. le modèle de formation des étoiles "primordiales".

Ceci dit, ça ne traumatise que ceux qui pensent que les différentes "avancées" de l'astrophysique sont figées dans le marbre, alors que, presque tous les jours, les observations viennent bousculer la compréhension qu'on a des phénomènes, et heureusement ! J'en veux pour exemple "l'apparition" de planètes géantes très près de leur étoile alors que les modèles "juraient" unanimement la chose impossible !

Y a que la cosmologie qui ne peut pas être ébranlée, tant qu'on a pas observé un second univers (Je sais, c'est plus fort que moi ... )

[jackbauer 2 13 885]

extrait de Futura-Sciences :

"...Une telle étoile paradoxale n’est très probablement pas seule dans le halo. Comme l’indique l’astrophysicienne Elisabetta Caffau : « Nous avons identifié plusieurs autres étoiles candidates qui doivent avoir des niveaux de métal similaires, voire plus faibles, que dans SDSS J102915+172927. Nous envisageons maintenant de les observer avec le VLT afin de voir si c’est bien le cas »."

Si ça se confirme cette étoile ne sera donc pas un cas isolé.
Mais si la 1ère génération d'étoiles était des astres énormes, leur durée de vie a du être forcément très brève : en explosant elles ont rapidement enrichi le cosmos ! Qu'y a t-il de contradictoire avec le fait que l'étoile en question se soit formée avec "l'aide d'éléments lourds" ? Qu'elle en soit elle-même chichement pourvue ?

[ChiCyg 0]

quote:

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Mais si la 1ère génération d'étoiles était des astres énormes, leur durée de vie a du être forcément très brève : en explosant elles ont rapidement enrichi le cosmos ! Qu'y a t-il de contradictoire avec le fait que l'étoile en question se soit formée avec "l'aide d'éléments lourds" ? Qu'elle en soit elle-même chichement pourvue ?

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C'est juste sur le rapidement, qu'il y a un problème. 700 millions d'années n'est pas suffisant (toujours d'après les modèles d'évolution) pour enrichir le milieu interstellaire au point de permettre des étoiles peu massives de se former.

D'autre part si l'étoile s'était formée avec suffisamment d'éléments plus lourds que l'hydrogène et l'helium, on verrait ces éléments dans son spectre aujourd'hui, elle n'a pas pu les "bruler" depuis sa naissance.

Voir aussi le lien de l'Observatoire de Paris sur le sujet : http://gepi.obspm.fr/components/stellar-and-galactic-physics/news-49/article/discovery-of-the-most-primitive
qui pointe sur une version "grand public" : http://grandpublic.obspm.fr/L-etoile-la-plus-primitive-de
La seconde video montre le mouvement de cette étoile autour de la galaxie. Bon, d'accord le cameraman est un peu agité, mais il y a l'émotion

[Ce message a été modifié par ChiCyg (Édité le 02-09-2011).]

[PerrouriefhCedric 4 125]

Bruno, je suis d'accord avec toi. En plus je voulais écrire "tous les diaporamas" et pas "tout les diaporamas". Voilà ce qui arrive quand on rédige trop vite

[PascalD 4 386]

ChiCyg, toi qui es balaise en astrophysique, tu pourrais expliquer comment on fait pour calculer l' âge d' une étoile qui n' a pu se former dans le cadre d' aucun modèle connu ?

Autrement dit, vu qu' on ne sait pas comment elle s' est formée, qu' est-ce qui l' empêche d' être plus jeune que ce qu' on croit ?

[Superfulgur 16 153]

Bonne question, pascalD...

Ils annoncent 75 + 25, soit la composition du milieu interstellaire il y a 13 milliards d'années. Or, si l'étoile a 13 milliards d'années, elle a du transformer de l'H en He, non ?

S

[Superfulgur 16 153]

En fait non, il n'y a pas de mesure de l'hélium !

Le graphique 75 + 25 est dû au service de presse, ils sont gonfflés !

S

[antoine 80 44]

A l'hélium?

[PascalD 4 386]

Antoine, je trouve que tu es de plus en plus pénible, ces temps-ci ...

[ChiCyg 0]

Ce fil peut paraître un peu léger si on le compare aux "grandes" questions sur la XXX ou les multivers mais je pense que l'astrophysique se construit patiemment avec ces "petites" observations qui bousculent un peu les certitudes et font avancer le schmilblick ...

PascalD, je ne suis pas spécialement compétent pour répondre à tes questions, mais je n'ai pas vu d'estimation de l'âge de l'étoile dans la lettre de Nature. Simplement, si sa masse est de 0,8 masse solaire et comme, visiblement, elle n'a pas encore évolué vers la branche horizontale, elle n'a pas plus de 13 milliards d'années environ. C'est la limite haute.

J'imagine que cet âge est utilisé aussi comme limite basse sinon l'étoile serait née dans un milieu encore plus enrichi en éléments lourds et le problème serait encore plus sérieux ! Ceci dit son âge peut aussi être estimé d'après son mouvement par rapport à notre galaxie (elle appartient au halo).

Superfulgur, je crois savoir que l'helium s'accumule au coeur de l'étoile et qu'on ne peut pas accéder au taux d’hélium d'une étoile par le spectre de son atmosphère.

Ils ont mesuré le carbone (par les bandes moléculaires de CH), l'azote (bandes de NH), magnésium, silicium, calcium, titane, fer, nickel strontium et lithium (qui est non détecté). C'est déjà pas si mal pour une magnitude 17 !

(Je te dis pas avec l'EEEEELT on va pouvoir compter les atomes un par un )

Sérieux, ils ont d'autres bestioles du même genre dans leur besace ce qui devrait donner du poids à leur observation.

[jackbauer 2 13 885]

De toute façon le problème se pose aussi pour les hypothétiques étoiles primordiales, il a fallu "quelque chose" pour favoriser leur formation...
Une idée avait été avancée, celle de l'hydrogène moléculaire :
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/chimie-1/d/on-comprend-mieux-la-naissance-des-premieres-etoiles_24324/

Des étoiles plus petites comme dans le cas qui nous intéresse peuvent-elles se former de la même manière ?

[Superfulgur 16 153]

Piercarlo Bonifacio, l'un des auteurs du papier, a lu mon article sur S&V.com et m'a fait la remarque suivante :

En fait, l'étoile n'est incompatible qu'avec une théorie, celle de Abraham & Loeb, la plus acceptée jusqu'ici. Pour d'autres théories, je cite, Schneider & Ferrara, Nakamura et enfin Clarke, SDSS J etc ne pose pas de problème. Il confirme également que l'étoile n'a pas d'âge précis, puisque sa distance, sa masse ne sont pas connues. Ils attendent plutôt Gaia...

S

[jackbauer 2 13 885]

Au fait, le lancement de GAIA c'est pour 2013 et plus pour l'année prochaine ?

Je mets le lien vers ton article :
http://ciel.science-et-vie.com/2011/09/03/la-plus-vieille-etoile-connue-dans-lunivers/

[Ce message a été modifié par jackbauer 2 (Édité le 04-09-2011).]

[Ce message a été modifié par jackbauer 2 (Édité le 04-09-2011).]

[PascalD 4 386]

Intéressant : Du coup si l' observation se confirme, ça pourrait invalider le modèle dominant ?

Cahouettes, knackies, et on attends la suite.

[vaufrègesI3 15 228]

Gaïa, en 2013 oui..
http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=26

[PascalD 4 386]

D'ailleurs, si un cador en astrophysique pouvait nous résumer les différents modèles dont il est question dans le post de Superfulgur, ça serait vachement sympa ...

Nakamura semble faire intervenir la MHD alors que Loeb semble purement hydrodynamique , mais à part ça ???

[ChiCyg 0]

Il y a autant de modèles de formation des "premières" étoiles qu'il y a de modélisateurs . C'est normal, dans ce genre de modèles (et finalement dans tous les modèles) il est impossible de prendre tous les paramètres en compte : 3 dimensions, magnétisme, rayonnement, chimie (formation de molécules, ...), etc ... qui interagissent tous les uns sur les autres.

De plus les conditions initiales sont hypothétiques (comment se présentait l'univers à ces époques ? filaments ? quelles densités ? quelles dimensions ?) mais ont bien sûr de l'influence sur le résultat. Et puis il y a aussi l'environnement. Par exemple l'explosion d'une étoile massive peut provoquer par son onde de choc la formation d'étoiles qui ne se seraient pas formées autrement. Bref, c'est pas si simple.

Plus généralement la formation des étoiles (et des galaxies) est vu comme une instabilité : le "nuage" s'écroule sous son propre poids. Si il y a un domaine difficile en physique, c'est bien celui des instabilités, por que, par définition, des petites différences initiales provoquent des grandes différences à l'arrivée.

C'est de l'astrophysique : observer et bricoler des modèles pour reproduire le mieux possible les observations ...

J'ai trouvé un article d'ensemble de Scientific American : http://www.astro.yale.edu/larson/papers/SciAm04.pdf

Rien de très lisible de Loeb (Abraham Loeb et non "Abraham & Loeb")

Pour Schneider et Ferrara des étoiles de petites masses ne peuvent pas se former dans un environnement pauvre en "métaux" : http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0304254v1
Nakamura, lui, trouve qu'au départ la distribution des masses avait deux pics 1-2 masses solaires et 10-100 masses solaires : http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0201497v1

Ca te va, PascalD ?

[PascalD 4 386]

Merci ChiCyg, pour tes explications limpides (bien qu' un poil succinctes: je me doutais un peu que la formation d' étoiles mettait en jeu des instabilités )

Je vais aller consulter tes liens.

Ps: Pour Loeb, j'ai trouvé cette présentation , vachement complète mais pas facile à lire (c'est du html mis en page avec les pieds, perso je préfère le pdf généré par LaTeX pour le confort de lecture): http://ned.ipac.caltech.edu/level5/Sept06/Loeb/Loeb_contents.html

Edit: je suis un crétin, je viens de voir qu'il y a un lien sur une version pdf au début de l' article ...

[Ce message a été modifié par PascalD (Édité le 06-09-2011).]