Centre de Recherche Astrophysique de Lyon

Située à l’autre bout de l’Univers, l’étoile bleue, nommée Icare, vient d’être identifiée grâce aux images du Télescope Spatial Hubble (NASA, ESA). Il s’agit de l’étoile individuelle la plus distante jamais observée à ce jour : sa lumière a mis neuf milliards d’années-lumière pour venir jusqu’à nous ! C’est un phénomène d’amplification naturelle de la lumière qui a rendu possible cette observation aussi extraordinaire qu’inattendue.

Johan Richard du Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (Université Claude Bernard Lyon 1 / CNRS / ENS de Lyon) collabore à cette découverte, publiée dans la revue Nature Astronomy, 2 avril 2018 par Patrick L. Kelly et al. "An individual star at redshift 1.5 extremely magnified by a galaxy-cluster lens".

Une source de lumière inattendue

En 2016, l’équipe d’astronomes repère, sur les images d’un amas de galaxies (nommé MACS J1149.5+2223 situé à 5 milliards d’années-lumière) prises avec le télescope Hubble, une nouvelle source ponctuelle de lumière inattendue : il s’agit d’une seule étoile de couleur bleue, supergéante, dont la lumière a mis neuf milliards d’années-lumière pour venir jusqu’à nous. À cette distance, une étoile individuelle ne peut pas être directement observée, même par les télescopes les plus puissants : il est impossible de la distinguer des milliards d’autres étoiles qui appartiennent à sa galaxie.

Un mirage à l’échelle de l’Univers

C’est grâce à sa brillance inhabituelle causée par un phénomène d’amplification, appelé « effet de lentille gravitationnelle » ou « mirage gravitationnel », que l’étoile Icare a pu être révélée (amplification de sa lumière d’un facteur 2000 !). Il s’agit d’un effet d’optique provoqué par l’amas massif de galaxies d’avant-plan (MACS J1149.5+2223) situé sur la ligne de visée entre le télescope et l’étoile Icare. Les astrophysiciens, dont un chercheur du Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, ont réussi à déterminer l’origine de cette amplification extrême. En effet, l’amplification due à l’amas de galaxies d’avant-plan reste insuffisante pour l’expliquer car l’éclat des objets « amplifiés » est augmenté d’un facteur de plusieurs centaines au grand maximum. Dans le cas de Icare, il a fallu, en plus, un second effet de lentille gravitationnelle, provoqué par une étoile de l’amas d’avant plan, soit un alignement d’une précision extraordinaire qui s’est produit en 2016. De petits grumeaux de masse, dans ce même amas, sont également responsables de plusieurs « sursauts » dans la luminosité amplifiée de l’étoile au cours du temps. Ce phénomène, appelé microlentille, pourrait nous renseigner sur la mystérieuse matière sombre qui constituerait la majorité de la masse de l’Univers : l’hypothèse selon laquelle la matière sombre serait sous la forme d’un grand nombre de trous noirs, nés à la naissance de l’Univers, n’est pas applicable à l’amas dans lequel se trouve Icare.

La découverte fortuite de l’étoile Icare ouvre de nouvelles perspectives pour l’observation et l’étude d’étoiles individuelles dans l’Univers lointain.

Image composite qui montre l’étoile la plus distante jamais observée en utilisant le Télescope Spatial Hubble de la NASA/ESA. À gauche est montré une partie de l’amas MACS J1149.5+2223, observé dans le cadre du programme Frontier Fields. Le carré indique la position de l’étoile Icare qui est apparue en mai 2016, son image est magnifiée par l’effet de microlentille gravitationnelle. À droite, zoom à la position de l’étoile (en haut) à partir d’observation de 2011, (en bas) à partir d’observation de 2016. Crédit : NASA & ESA, and P. Kelly (University of Minnesota).

Source : basé sur le Communiqué de presse UCBL1 / CNRS / ENSLyon