Fermi Mesure le Nombre total d'Etoiles de l'Univers

Le secret est enfin dévoilé ! Une équipe d'astronomes a annoncé au cours d'une conférence de presse organisée par la NASA aujourd'hui qu'ils ont réussi pour la première fois à mesurer le fond extragalactique de lumière stellaire avec une très grande précision, grâce au télescope orbital Fermi. Cette lumière est appelée en anglais Extragalactic Background Light (EBL). Le EBL (pour faire court) est tout simplement la lumière résiduelle de toutes les étoiles.

C'est une lumière (essentiellement ultraviolette et visible) qui se propage entre les galaxies, que les étoiles qui lui ont donné naissance soient toujours en activité ou bien déjà éteintes depuis longtemps, proches ou lointaines, leur lumière voyage toujours, aussi faible soit-elle.

Blazars (points verts) utilisés dans cette étude (NASA)

Pour mesurer la quantité d'EBL, les astrophysiciens américains ont utilisé une méthode très subtile : ils ont utilisé des sortes de phares cosmiques éclairant ce brouillard de lumière que forme l'EBL. 

Les phares cosmiques en question sont ce qu'on appelle des Blazars, des galaxies actives possédant un trou noir supermassif et qui émettent de grosses quantités de rayons gamma dans notre direction.

Le télescope Fermi détecte les rayons gamma en provenance d'un grand nombre de blazars (150, répartis sur tout le ciel, ont été utilisés pour cette étude). Mais l'astuce consiste à observer l'atténuation des rayons gamma (de très haute énergie dois-je le préciser), atténuation qui est due aux interactions des rayons gamma du blazar avec les photons de lumière de l'EBL. En effet, ces derniers peuvent interagir en produisant des paires électron-positron. Il se forme alors des "trous" dans le spectre en énergie des rayons gamma détectés par Fermi.

Evolution de la courbe d'atténuation selon l'époque (NASA)

L'équipe menée par M. Ajello du SLAC à Stanford a utilisé des blazars situés à trois époques différentes de manière à voir comment évolue dans le temps cosmique la quantité d'EBL, et donc indirectement le nombre d'étoiles. 

Car à partir de la quantité de lumière de fond extragalactique (l'épaisseur du brouillard), ils parviennent à obtenir le nombre d'étoiles ! Ou plus exactement la densité d'étoiles.

Et combien trouvent-ils, nos chers amis ? Je vous donne le chiffre : 1,4 étoile pour 100 milliards d'années-lumière cube.

Cela revient à dire que en moyenne, deux étoiles sont séparées par une distance de 4150 années-lumières.

Schéma du principe des mesures d'atténuation gamma à différentes époques (NASA).

Mais il y a un résultat encore plus intéressant : en regardant l'évolution de l'atténuation des rayons gamma en fonction de leur énergie et en fonction de l'époque, il a été observé que la majorité des étoiles se sont formées dans les 3 premiers milliards d'années de l'Univers : la formation d'étoiles a connu un pic à t=3 milliards d'années environ et n'a cessé de décliner ensuite.

L'observation de l'EBL était l'un des buts du satellite Fermi, qui fut lancé en 2008. En accomplissant ce lever de voile sur la formation des premières étoiles, il prépare la future mission du James Webb Télescope qui aura pour objectif, lui, d'observer directement la formation de ces premières étoiles...