Âge de l'univers : le mystère de l'étoile HD 140283

Tapis au sein de la constellation de la Balance, à 190 années-lumière de la Terre, se trouve une anomalie stellaire qui a plongé le monde scientifique dans la perplexité. HD 140283, connue sous le nom d’étoile de Méthusalem, est un astre dont l’âge semble défier les lois de l’univers. À première vue, cette étoile ne paraît pas particulièrement spéciale. Elle n’est ni exceptionnellement grande ni particulièrement brillante, et elle semble se conformer aux modèles classiques de l’évolution stellaire. Cependant, au début des années 2000, des calculs ont révélé une donnée surprenante : cette étoile semblait avoir 16 milliards d’années, soit 2 milliards de plus que l’âge estimé de l’univers lui-même, évalué à 13,8 milliards d’années.

Une découverte troublante

L’étoile HD 140283 est loin d’être nouvelle aux yeux des astronomes. Dès les années 1950, l’analyse de sa composition inhabituelle, révélant de très faibles quantités d’éléments lourds comme le fer (seulement 0,4 % de ce qu’on trouve dans notre Soleil), a laissé penser qu’elle était extrêmement ancienne. Ces faibles niveaux d’éléments lourds suggéraient que cette étoile s’était formée à une époque où ces éléments étaient encore rares dans l’univers, c’est-à-dire peu après le Big Bang. Toutefois, ce n’est que bien plus tard, grâce aux observations du satellite Hipparcos de l’Agence spatiale européenne, que les scientifiques ont pu affiner leur estimation de son âge à 16 milliards d’années, une valeur dépassant l’âge de l’univers selon les théories cosmologiques.

Les générations stellaires

Pour comprendre cette énigme, il est crucial d’examiner les premières étapes de la formation des étoiles. Après le Big Bang, l’univers était une « soupe » de protons, de neutrons et d’électrons. Après quelques centaines de milliers d’années, ces particules se sont combinées pour former les premiers atomes, presque exclusivement de l’hydrogène et de l’hélium. Ce n’est qu’environ 200 millions d’années après le Big Bang que ces atomes ont donné naissance aux premières étoiles, appelées étoiles de population III. Ces étoiles primordiales étaient massives et brûlaient leur combustible si rapidement qu’elles explosaient en supernovas après seulement quelques centaines de millions d’années, libérant ainsi les premiers éléments lourds dans l’univers.

Les étoiles de population II, telles que HD 140283, se sont formées à partir des restes de ces supernovas, contenant des quantités infimes d’éléments lourds. Cela les distingue des étoiles de population I, comme notre Soleil, qui se sont formées beaucoup plus tard et contiennent des quantités beaucoup plus importantes d’éléments lourds.

Le paradoxe de l’âge

La découverte que HD 140283 était plus ancienne que l’univers a naturellement soulevé des questions fondamentales. Si les calculs étaient corrects, cela signifiait que notre compréhension du cosmos était profondément erronée. Certains scientifiques ont même remis en question la théorie du Big Bang, tandis que d’autres cherchaient des erreurs dans les calculs d’âge de l’étoile ou de l’univers.

La méthode pour estimer l’âge d’une étoile repose sur l’observation de sa luminosité, sa distance à la Terre, sa masse et sa composition, des données qui sont ensuite comparées à des modèles d’évolution stellaire. Cependant, tout écart dans ces mesures peut entraîner une erreur dans l’estimation de l’âge. Entre 2003 et 2011, le télescope Hubble a effectué plusieurs observations précises de HD 140283, permettant à une équipe de chercheurs de l’Université d’État de Pennsylvanie de réviser l’âge de l’étoile à 14,46 milliards d’années. Ce résultat, bien que toujours supérieur à l’âge de l’univers, comportait une marge d’erreur de 800 millions d’années, ce qui signifiait que l’étoile pouvait, en fait, être plus jeune que 13,8 milliards d’années.

Nouvelles estimations et implications

Des études plus récentes ont continué à affiner ces estimations. En 2014, un nouvel article a réduit l’âge estimé de l’étoile à 14,27 milliards d’années. En 2021, des recherches ont encore abaissé cette estimation à environ 12 milliards d’années, ce qui place finalement l’étoile en deçà de l’âge de l’univers.

Bien que cela puisse sembler une fin anticlimatique, la découverte de l’étoile de Méthusalem a joué un rôle clé dans notre compréhension de la formation des éléments lourds dans l’univers. HD 140283 a été la première étoile à être identifiée avec une composition pauvre en éléments lourds, ce qui a permis aux astronomes de mieux comprendre comment les étoiles produisent des éléments plus lourds que l’hélium à travers le processus de nucléosynthèse stellaire.

Une étoile encore pleine de mystères

Aujourd’hui, l’étoile de Méthusalem est toujours un objet d’étude fascinant. Elle rappelle aux astronomes que malgré les avancées considérables réalisées au cours des dernières décennies, notre compréhension de l’univers est encore basée sur des hypothèses qui seront peut-être remises en question à l’avenir. L’univers, dans toute son immensité, continue de nous surprendre.

HD 140283, en tant que sous-géante, finira un jour par épuiser son carburant et deviendra une naine blanche. À ce stade, elle brillera faiblement pendant encore des milliards d’années avant de devenir une naine noire, une étoile morte, perdant progressivement toute chaleur. Comparée à l’univers, cette étoile n’a vécu qu’un infime pourcentage de sa durée de vie totale prévue. Si l’étoile de Méthusalem était une personne, elle serait encore au stade d’un nourrisson, avec la majorité de sa vie devant elle.

Source : Thoughty2