Quel est l'âge de notre galaxie, la Voie lactée ? Combien de temps après le Big Bang sont apparues les premières étoiles ? Pour répondre à ces questions il faut évidemment identifier et mesurer l'âge des étoiles les plus vieilles.

Malheureusement, c'est plus vite dit que fait...!

Malgré tout c'est l'exploit réalisé par une équipe de chercheurs de l'observatoire McDonald (Texas) et de l'observatoire européen austral (ESO). Anna Frebel et son équipe ont identifié que l'étoile HE 1523-0901 est la doyenne de notre galaxie avec un âge de 13.2 milliards d'années.

Dans son dernier billet Yvan Dutil décrit une technique qui permet de mesurer l'âge d'étoiles individuelles. Cette méthode, la "gyrochronologie", s'appuie sur la vitesse de rotation d'une étoile pour estimer son âge. Dans le cas de HE 1523-0901, les chercheurs ont utilisé la méthode plus traditionnelle de la datation radiométrique.

Cette méthode éprouvée s'appuie sur la désintégration radioactive de noyaux d'atomes. Un volet bien connu de cette technique, la datation au Carbone-14, permet de mesurer l'âge des vestiges archéologiques. La demi-vie d'un élément instable, c'est-à-dire le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux d'un échantillon de cet élément se désintègre, est l'étalon de mesure du temps. Plus la demi-vie est longue, plus il est possible de mesurer des âges vénérables. Ainsi, pour le Carbone-14, la demi-vie est de 5730 ans, ce qui permet d'estimer des âges jusqu'à environ 40,000 à 50,000 ans. Des isotopes comme l'Uranium-238, dont la demi-vie est de 4.5 milliards d'années, ou le Thorium-232, avec une demi-vie de 14 milliards d'années, permettent d'atteindre des âges qui s'apparentent à celui de l'Univers.

Dans le cas des étoiles, la difficulté consiste à repérer celles qui semblent les plus vieilles et, ensuite, obtenir un spectre à haute résolution afin d'identifier les espèces atomiques qui peuvent servir à mesure leur âge.

Il faut donc, dans un premier temps, faire un relevé du ciel et classer les étoiles en fonction de certaines caractérisques observables qui permettent de faire un tri grossier en fonction de l'âge. Le spectre d'une étoile est un reflet de sa composition chimique. En moyenne, les étoiles qui se sont formées plus récemment ont une composition chimique plus "riches" en éléments lourds (carbone, oxygène, silicium, etc.) que les étoiles plus anciennes; le spectre d'une étoile jeune est donc différent de celui d'une étoile plus vieille. Ici, les chercheurs ont utilisé les données du relevé Hambourg/ESO (HE), un catalogue de spectres à basse résolution d'environ la moitié des étoiles visibles de l'hémisphère austral, afin de sélectionner les plus "pauvres" en éléments lourds.

Ensuite, il faut obtenir des spectres individuels à haute résolution afin de mesurer la composition chimique avec précision et, possiblement, identifier des espèces qui peuvent servir à mesurer leur âge. Ce genre d'observations est fastidieux et n'est possible que sur les plus grands télescopes qui existent. Pour l'étoile HE 1523-0901, l'analyse de son spectre, obtenu avec un des télescopes de 8.2m du Very Large Telescope (VLT), a révélé la présence des isotopes d'uranium et de thorium utiles pour la datation radiométrique.

L'âge de cette étoile, fixé par l'abondance des éléments radioactifs, est de 13.2 milliards d'années. Puisque l'âge de l'Univers est estimé à 13.7 milliards d'années, HE 1523-0901 s'est donc formée environ 500 millions d'années après le Big Bang. Non seulement, cette étoile est la doyenne de la Voie Lactée, mais il s'agit certainement d'une des plus vieilles étoiles de l'Univers !