Voir la source de Étoile de population III

[[Image:Reion diagram.jpg|vignette|Les étoiles de type III se sont formées peu avant l'époque de réionisation, environ 400 millions d'années après le Big Bang, et sont les premières étoiles de l'univers.]]

Les '''[[étoile]]s de population III''' sont une population hypothétique d'étoiles extrêmement massives et lumineuses, constituées exclusivement d'[[Abondance des éléments légers|éléments légers]] ([[hydrogène]] et [[hélium]], avec peut-être un peu de [[lithium]]), qui seraient les premières étoiles formées au [[Histoire de l'Univers|commencement de l'Univers]], environ 400 millions d'années après le [[Big Bang]]. Ces étoiles pourraient avoir largement contribué à la [[réionisation]] de l'univers, mettant fin à l'[[âges sombres (cosmologie)|âge sombre]] où aucun rayonnement lumineux n'était produit par l'univers.

Ces étoiles n'ayant pas été observées directement, on suppose qu'elles sont des constituants des [[Galaxie bleu pâle|galaxies bleu pâle]]. Leur existence est nécessaire pour expliquer la présence d'[[élément chimique|élément]]s lourds dans le [[spectre électromagnétique|spectre]] des [[quasar]]s, éléments qui n'ont pu être créés lors du [[Big Bang]] ; ainsi que l'existence de ces galaxies bleues. Un élément de preuve supplémentaire a été apporté par le [[Spitzer (télescope spatial)|télescope spatial Spitzer]], dont les images du [[Fond diffus infrarouge|fond diffus extragalactique infrarouge]] sont conformes à ce que l'on pourrait attendre si ces étoiles existaient<ref name="Freedman"/>.

[[Image:First stars.jpg|vignette|Image du [[Spitzer (télescope spatial)|télescope spatial Spitzer]] montrant (en haut) l'image brute et (en bas) l'image du [[Fond diffus infrarouge|fond diffus extragalactique infrarouge]] qui apparait si on soustrait les étoiles du premier plan. Ce fond peut être interprété comme une signature de la lumière des étoiles de population III<ref>[http://scitechdaily.com/patterns-of-light-appear-to-be-from-the-first-stars-and-galaxies/ Patterns of Light Appear to be From the First Stars and Galaxies]</ref>.]]

== Caractéristiques théoriques ==
Le modèle actuel suppose que si aucun élément lourd ne fut généré lors du Big Bang, il était alors possible de former des étoiles nettement plus massives que celles visibles aujourd'hui, sans perte de masse par [[vent solaire]]. Des simulations numériques d'évolution stellaire montrent que cette hypothèse est plausible et nécessaire : les nuages de gaz composés exclusivement d'hydrogène et d'hélium possèdent une plus grande pression interne que les nuages riches en métaux de même température. Les étoiles ne peuvent donc se former dans ces gaz que si la gravitation due à leur masse peut contrebalancer la pression interne très forte<ref name="Freedman"/>.

On pense que la masse typique des étoiles de population III sont de 1000 [[masse solaire|masses solaires]], ce qui est beaucoup plus lourd que les étoiles actuelles dont la masse varie entre 0,08 à 150 masses solaires pour les plus massives<ref name="Freedman">R.A. Freedman, W.J. Kaufmann ''Universe'' {{8th}} edition. Freedman & Co 2008, {{p.|734}}</ref>. Avec une telle masse, ces étoiles devaient avoir une vie très courte (comparée aux étoiles actuelles), au plus de quelques millions d'années, et peut-être moins d'un million d'années seulement et donc aucune n'a survécu jusqu'à nos jours. Ces étoiles ont synthétisé des éléments plus lourds que le [[lithium]] pour la première fois dans l'[[histoire de l'Univers]]. Les calculs suggèrent que, à la fin de leur vie, ces étoiles ont généralement explosé en [[hypernova]]s en éjectant une grande partie de leur matière dans l'espace, contribuant à la génération d'étoiles suivante d'un côté, et laissant des trous noirs stellaires comme reliques de l'autre<ref name="Stiavelli"/>.

De telles étoiles de 1000 masses solaires devaient être plusieurs centaines millions voire un milliard de fois plus lumineuses que le Soleil, et avoir une température de surface de l'ordre de {{Unité|100000|°C}} voire plus. Les photons émis étaient très énergétiques (principalement dans l'[[ultraviolet]]) et ont dû [[ionisation|ioniser]] fortement le gaz ambiant d'hydrogène et d'hélium créé par le Big Bang, faisant entrer l'univers dans l'âge de la [[réionisation]], après {{unité|400|millions d'années}} d'[[âges sombres (cosmologie)|âges sombres]].

Le terme ''population'' fait référence à la quantité de [[métallicité|métaux]] (ici, tout simplement des éléments plus lourds que l'[[hydrogène]] ou l'[[hélium]]) détectables dans le spectre d'une étoile. En 1944, les [[étoile]]s de [[Voie lactée|notre galaxie]] furent classées en deux [[populations stellaires]], par [[Walter Baade]], les [[étoile de population I|étoiles de population I]] riches en métaux, et les [[étoile de population II|étoiles de population II]] pauvres en métaux.

La catégorie hypothétique, dite étoile de population III, a été ajoutée en 1978 par les astrophysiciens.

== Formation ==
La formation des étoiles de population III est mal connue ; elle dépend de nombreux paramètres encore incertains comme l'action ou la nature de la [[matière noire]]. Cependant, un des scénarios les plus mentionnés est la ''condensation hiérarchique'' du matériau produit par le Big Bang, où se forment simultanément les premières structures larges comme des [[protogalaxie]]s et les [[proto-étoile]]s.

Dans ce scénario, des nuages de gaz de [[Instabilité gravitationnelle|masse de Jeans]]<ref>Masse à partir de laquelle un phénomène d'[[instabilité gravitationnelle]] peut se déclencher</ref> typique de l'ordre de {{unité|100000|masses solaires}} commencent à se condenser et à s'[[Effondrement gravitationnel|effondrer gravitationnellement]]. Cette masse de Jeans correspond à une densité moyenne de <math>10^{-20} kg/m^3</math> et une température de {{unité|300|K}}, telle qu'elle existait 10 millions d'années après le Big Bang<ref name="Woolfson">Michaël M. Woolfson ''Time, Space, Stars & Man'' [[Imperial College Press]] 2009, {{p.|97}}</ref>. Au sein de cette grande masse de gaz en contraction, de densité croissante, des masses plus petites<ref>la masse de Jeans diminue à mesure que la densité augmente.</ref> se condensent de manière autonome, et ainsi de suite sur plusieurs niveaux hiérarchiques. Les plus petits niveaux, de densité de l'ordre de <math>10^{-14} kg/m^3</math> et de taille de l'ordre de {{unité|2400|[[unité astronomique|U.A.]]}}, atteignent la densité nécessaire pour déclencher les réactions nécessaires à la formation des [[proto-étoile]]s<ref name="Woolfson"/>. Les niveaux intermédiaires et supérieurs forment des amas d'étoiles et des [[protogalaxie]]s.

À cause des inhomogénéités de la composition de l'univers, les étoiles de population III ont pu continuer à se former longtemps après la période de réionisation, et même pendant la période de formation des étoiles de population II<ref name="Stiavelli">{{Ouvrage|langue=en|prénom1=Massimo|nom1=Stiavelli|titre=From first light to reionization|sous-titre=the end of the Dark Ages|lieu=Weinheim|éditeur=[[Wiley-VCH]]|année=2009|pages totales=230|passage=9|isbn=978-3-527-62736-3|isbn2=978-3-527-62737-0|isbn3=978-1-282-11852-2|oclc=441886927|lire en ligne=http://www.worldcat.org/title/from-first-light-to-reionization-the-end-of-the-dark-ages/oclc/441886927/viewport}}</ref>.

== Observation ==
En mai 2023, l'[[Observatoire européen austral]] a présenté une observation importante. En utilisant son [[Très Grand Télescope]], celui-ci avait réussi à analyser la composition chimique dans trois nuages très lointains. Ces nuages, issus de l'explosion des étoiles de population III (10 à 15% d'âge actuel), se composeraient du [[carbone]], de l'[[oxygène]] et du [[magnésium]], ce qui est différent des supernovæ observées jusqu'ici<ref>{{article|langue=fr|année=2023|mois=5|jour=3|périodique=Observatoire européen austral|titre=Des astronomes découvrent des nuages de gaz lointains contenant des vestiges des premières étoiles|lire en ligne=https://www.eso.org/public/france/news/eso2306/}}</ref>{{,}}<ref>{{article|langue=fr|auteur1=Laurent Sacco|périodique=Futura Sciences|titre=Le VLT a débusqué les cendres des premières étoiles|année=2023|mois=5|jour=3|lire en ligne=https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-vlt-debusque-cendres-premieres-etoiles-105106/}}</ref>.

== Notes et références ==
{{Références}}

== Articles connexes ==
* [[Étoile de population I]]
* [[Étoile de population II]]
* [[Population stellaire]]
* [[Histoire de l'Univers]]

{{Palette|Étoile}}
{{Portail|astronomie|étoiles}}

[[Catégorie:Population stellaire|3]]
[[Catégorie:Étoile hypothétique]]
[[Catégorie:Objet céleste primordial]]

[[en:Stellar_population#Population_III_stars]]