Une équipe internationale d'astronomes menée par des chercheurs de l'Université de Leyde, en Hollande, vient de publier un article dans Nature Astronomy, qui complète un résultat obtenu récemment par d'autres chercheurs sur le même sujet et dont Futura avait parlé. Les astronomes ont mobilisé pour leur découverte des données prises avec le télescope spatial James-Webb, le JWST, données qu'ils ont combinées avec d'autres jadis obtenues avec le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO, au Chili, et qui concernent neuf galaxies massives ayant déjà dépassé leur principale phase de formation stellaire.

Un communiqué de l'Université de Leyde qui accompagne l'article de Nature Astronomy (dont une version existe en accès libre sur arXiv) explique que le résultat obtenu, c'est que des galaxies que l'on pensait déjà massives tôt dans l'histoire du cosmos observable - ce qui pose potentiellement des problèmes avec le modèle cosmologique standard - pourraient bien contenir beaucoup plus de petites étoiles qu'on ne le pensait jusqu'à présent.

Cela signifie que ces galaxies primitives étaient probablement bien plus massives que ce que l'on estimait. De fait, l'une des galaxies étudiées, observée moins de 1,5 milliard d'années après le Big Bang, pourrait ainsi être quatre fois plus massive que ce que les astronomes avaient calculé.

La fonction initiale de masse

Cela questionne à nouveau l'hypothèse d'universalité dans le temps et l'espace de ce que les astrophysiciens ont introduit et qu'ils ont appelé la « fonction initiale de masse » (initial mass function, abrégée en IMF en anglais) pour décrire les nurseries d'étoiles. Cette relation décrit la distribution des masses des étoiles pour une population d'étoiles nouvellement formées. Elle fournit donc le nombre d'étoiles de masse M par unité de masse.

Les neuf galaxies étudiées, observées par le télescope spatial James-Webb. En se fondant sur leurs spectres, les astronomes ont déterminé que ces galaxies contiennent probablement beaucoup plus d'étoiles relativement petites qu'on ne le pensait auparavant. © Cheng et al.

Rappelons que pour de bonnes raisons, les astrophysiciens considèrent que les étoiles se forment par effondrement gravitationnel et fragmentation d'un nuage moléculaire et poussiéreux. Il se forme alors des pouponnières d'étoiles avec une population stellaire constituée d'étoiles de masse différente, formant souvent des étoiles doubles.

L'un des pionniers des études basées sur l'IMF était le grand astrophysicien Salpeter, ancien directeur de thèse de Hubert Reeves. C'est lui qui avait donné une première estimation de la forme de l'IMF pour les étoiles plus massives que le Soleil - estimation calibrée sur les mesures des amas stellaires jeunes de la Voie lactée et des galaxies proches et dont on pensait qu'elle devait s'appliquer au moins grossièrement à toutes les galaxies, passées, présentes, proches et lointaines.

En déterminant la population des étoiles massives qui sont les plus brillantes et donc les plus faciles à étudier, on pouvait en déduire la population des étoiles légères, les plus nombreuses et au final la masse d'une galaxie sous forme d'étoiles.

Des exoplanètes plus abondantes que prévu ?

Mais les observations, plus précises que du temps de Salpeter et faites aujourd'hui par l'équipe d'astronomes menée par des membres de l'Université de Leyde, ont montré qu'au moins dans le cas de neuf galaxies, celles-ci contenaient bien plus d'étoiles peu massives qu'on ne le pensait. On sous-estimait donc probablement les masses de bien des galaxies, alors qu'elles étaient observées jeunes, à un moment de l'histoire du cosmos où l'IMF n'était pas de la forme que l'on observe plus tard dans cette histoire.

« Ce résultat montre qu'une quantité de masse beaucoup plus importante que nous ne le pensions est dissimulée dans les petites étoiles. Cela a des implications dans de nombreux domaines de l'astronomie. Les petites étoiles possèdent souvent des planètes en orbite autour d'elles. Ainsi, s'il existait beaucoup plus de petites étoiles dans l'Univers primitif que nous ne le pensions, il pourrait également y avoir eu davantage de planètes », explique dans le communiqué de l'Université de Leyde la professeure Mariska Kriek, qui a dirigé l'étude.

Le communiqué se conclut en déclarant : « Dans les prochaines années, les chercheurs comptent appliquer leur méthode à des galaxies encore plus anciennes. Ils espèrent ainsi se rapprocher de l'époque où se sont formées les toutes premières générations d'étoiles et de galaxies. »