Le JWST observe la plus ancienne supernova de l'Univers

Un éclat brillant issu de l'Aube cosmique

Le 14 mars 2025, un satellite nommé SVOM a enregistré un bref et très intense éclat de rayons gamma — un sursaut gamma long qui sera plus tard répertorié sous le nom de GRB 250314A. En quelques heures, des télescopes au sol et dans l'espace se sont braqués vers cette position. Les observations de suivi ont identifié une lueur résiduelle infrarouge et, surtout, un décalage vers le rouge (redshift) très élevé : environ 7,3. Cette combinaison place l'explosion au cœur de l'ère que les astronomes appellent l'Aube cosmique, alors que l'univers n'était âgé que d'environ 730 millions d'années. Une campagne coordonnée d'observations, incluant l'imagerie du télescope spatial James Webb, a désormais identifié ce sursaut comme la signature électromagnétique d'une supernova — la plus ancienne explosion de ce type observée à ce jour.

Le déroulement de la découverte

Les sursauts gamma (GRB) se divisent en deux grandes familles : les événements courts de moins de deux secondes, généralement liés à des fusions d'objets compacts, et les événements longs de plus de deux secondes, associés à la mort d'étoiles très massives. La détection de SVOM le 14 mars présentait les caractéristiques temporelles et spectrales d'un sursaut long. En quelques jours, des observateurs utilisant le Nordic Optical Telescope ont capturé une lueur résiduelle infrarouge, et le Very Large Telescope de l'Observatoire européen austral a mesuré un redshift proche de 7,3, situant la source à un temps de regard vers le passé d'environ 13,07 milliards d'années.

Une familiarité surprenante au premier milliard d'années de l'Univers

L'un des résultats les plus frappants est la banalité apparente de cette supernova. Au début de l'univers, les populations stellaires sont censées avoir été pauvres en éléments lourds (ce que les astronomes appellent des métaux) et se comporter différemment des étoiles qui se forment aujourd'hui. Pourtant, l'explosion associée au GRB 250314A présente des signatures photométriques et spectroscopiques qui ressemblent aux supernovae à effondrement de cœur modernes liées aux GRB longs : un pic brillant et large dans la courbe de lumière infrarouge et des profils spectraux cohérents avec l'éjection par choc des couches externes d'une étoile massive.

"Nous y sommes allés sans idées préconçues", a déclaré l'un des membres de l'équipe impliquée dans les observations du JWST. "Et contre toute attente, Webb a montré que cette supernova ressemble exactement aux supernovae modernes." Cette normalité apparente est précieuse, car elle signifie que les modèles calibrés sur des explosions plus proches et mieux étudiées peuvent servir de point de départ pour interpréter les événements à très haut redshift. En même temps, cela soulève des questions sur la rapidité avec laquelle les premières générations d'étoiles ont produit des éléments lourds et sur la capacité des premières étoiles massives à engendrer des explosions aux propriétés similaires aux populations ultérieures.

Ce que les astronomes peuvent apprendre d'une seule explosion lointaine

Même un événement solitaire à z ~ 7,3 est d'une grande richesse scientifique. Premièrement, un GRB long fournit un lien direct entre la mort des étoiles massives et la formation d'étoiles cosmiques à une époque où les galaxies étaient petites et peu lumineuses. La lueur résiduelle du GRB agit comme une lampe de poche qui rétroéclaire brièvement la galaxie hôte, permettant de mesurer sa teneur en gaz, sa métallicité et sa poussière — des paramètres autrement presque impossibles à obtenir à cette distance.

Deuxièmement, le fait que le JWST puisse détecter et caractériser la supernova signifie que les futures lueurs résiduelles de GRB à des distances similaires, voire supérieures, pourront être utilisées comme sondes des premiers systèmes de formation d'étoiles. Cela permet de déterminer à quel moment l'univers s'est enrichi chimiquement grâce aux générations successives de supernovae — un processus qui ensemence les étoiles et planètes ultérieures avec les éléments nécessaires à une chimie complexe.

Troisièmement, la similitude apparente avec les explosions modernes fournit des points de données pour les modèles d'évolution des étoiles massives dans des environnements à faible métallicité. Si les premières étoiles massives produisent des effondrements et des jets familiers, les théoriciens doivent concilier cela avec les prévisions basées sur la structure stellaire et la perte de masse à faible métallicité, où les vents sont plus faibles et les enveloppes diffèrent.

Réalité observationnelle et mises en garde

L'interprétation d'un seul événement à haut redshift nécessite de la prudence. Les GRB sont des phénomènes fortement collimatés : nous ne détectons que les sursauts dont les jets relativistes sont orientés vers notre ligne de visée. Cela sélectionne un sous-ensemble particulier de morts d'étoiles massives et peut biaiser tout échantillon d'explosions lointaines vers des progéniteurs produisant des jets puissants et étroitement focalisés. De plus, la faible luminosité des objets à z > 7 et la nécessité d'un suivi rapide et profond limitent la taille de l'échantillon observé. La conclusion selon laquelle les premières supernovae peuvent ressembler aux modernes est robuste pour cet événement, mais savoir si elle s'applique à l'ensemble de la population nécessitera davantage de détections.

Il existe également des limites pratiques dues à la dilatation du temps et au décalage vers le rouge. Le même étirement cosmologique qui aide à déplacer l'explosion dans la fenêtre spectrale du JWST ralentit également son évolution apparente pour les observateurs terrestres : un événement qui pourrait durer des semaines dans le référentiel de la galaxie hôte peut prendre des mois ou plus pour se dérouler dans nos télescopes. Cela rend un suivi coordonné sur plusieurs mois essentiel pour capturer l'intégralité de la courbe de lumière et de l'évolution spectrale.

Prochaines étapes pour l'étude des premières explosions

Ce résultat souligne un thème récurrent de l'ère JWST : le télescope ne révèle pas seulement des galaxies compactes et étonnamment lumineuses près de l'aube cosmique, il permet également aux astronomes d'étudier les phénomènes transitoires qui retracent la vie et la mort des premières générations d'étoiles massives. Des équipes prévoient déjà de poursuivre le suivi des lueurs résiduelles de GRB, et de nouveaux relevés transitoires ainsi que des installations de nouvelle génération élargiront le champ des découvertes. En particulier, davantage de GRB à haut redshift combinés au suivi du JWST — et, à terme, aux observations avec des télescopes terrestres de la classe des 30 mètres — permettront de constituer un échantillon statistique pouvant être comparé aux modèles d'évolution stellaire, de nucléosynthèse et d'assemblage des premières galaxies.

Pour l'instant, le GRB 250314A offre une démonstration concrète et éclatante : grâce à une découverte rapide, une spectroscopie terrestre immédiate pour confirmer le redshift et un suivi infrarouge sensible, les astronomes peuvent capturer et disséquer la mort des toutes premières étoiles massives de l'univers. Chaque détection de ce type repousse les limites de notre capacité à tester les modèles du premier milliard d'années, et celle-ci — survenue à un âge de seulement 730 millions d'années après le Big Bang — est la supernova la plus lointaine observée à ce jour.