Un amas d’étoiles caché près du cœur de la Voie lactée a 13,4 milliards d’années

Un faible nœud d’étoiles, caché derrière d’épaisses poussières près du centre de la Voie lactée, s’est formé alors que l’univers n’avait que quelques centaines de millions d’années. Une équipe d’astronomes basée principalement au Chili a mesuré pour la première fois l’âge de cet amas globulaire en utilisant des étoiles qui peuvent véritablement servir d’horloge, et le résultat le place parmi les objets les plus anciens de notre galaxie.

Cet enjeu dépasse largement le simple amas. Rien ne peut être plus vieux que l’univers, donc les étoiles les plus anciennes que nous pouvons dater fixent un âge plancher pour celui-ci, et cet amas vient désormais frôler cette limite.

L’amas, catalogué sous le nom VVV CL001, est âgé de 13,4 milliards d’années selon cette nouvelle estimation, à 0,4 milliard d’années près. L’univers a environ 13,8 milliards d’années, ce qui signifie que les étoiles de l’amas sont nées environ 400 millions d’années après le Big Bang. Des études antérieures dataient VVV CL001 d’environ 12 milliards d’années, mais aucune ne pouvait voir assez profondément dans l’amas pour lire directement son âge.

Ces travaux ont été dirigés par Julio Olivares Carvajal, de l’Observatoire INAF Capodimonte de Naples, en Italie, et de l’Université pontificale catholique du Chili, et ont été acceptés par la revue Astronomy & Astrophysics.

Comment dater un amas d’étoiles que l’on distingue à peine

VVV CL001 se trouve dans la constellation du Sagittaire, dans le renflement dense qui entoure le centre galactique. Entre nous et l’amas s’étend une telle quantité de poussière interstellaire que sa lumière visible est atténuée d’un facteur d’environ 5 000. Les astronomes ne l’ont découvert que sur des images infrarouges du télescope VISTA de l’ESO : un petit groupe faible et perdu parmi des millions d’étoiles de premier plan.

Le premier problème était de déterminer quelles étoiles lui appartiennent. L’équipe a comparé des images infrarouges prises avec la caméra FourStar du télescope Magellan Baade de 6,5 mètres à l’Observatoire de Las Campanas, au Chili, ainsi que des images plus récentes du télescope spatial Hubble, couvrant près de 13 ans. Les étoiles de l’amas dérivent ensemble dans le ciel, tandis que les étoiles de champ se déplacent dans d’autres directions. Le tri de ces mouvements par méthode statistique a permis d’identifier 155 étoiles membres, bien plus que dans toute étude précédente.

Le second problème était la distance. L’équipe a trouvé deux étoiles sur la branche horizontale de l’amas, un stade où les vieilles étoiles brûlent de l’hélium avec une luminosité prévisible, et les a utilisées avec les données de la Dark Energy Camera sur le télescope Blanco de 4 mètres au Chili. Le résultat est d’environ 24 000 années-lumière, avec une incertitude d’environ 1 500 années-lumière, la distance la plus précise jamais mesurée pour cet amas.

Ce n’est qu’alors que l’horloge a pu être lue. Chaque étoile d’un amas globulaire est née à peu près au même moment, et les plus massives épuisent l’hydrogène de leur cœur en premier. Le point où les étoiles quittent tout juste la séquence principale, appelé le turn-off, se déplace vers des étoiles plus faibles et plus rouges à mesure que l’amas vieillit. Les images infrarouges profondes de Hubble ont atteint ce turn-off pour la première fois. Deux ensembles indépendants de modèles stellaires ont donné 13,47 et 13,39 milliards d’années, que l’équipe combine en 13,4 milliards.

Que représente 13,4 milliards d’années ?

Le Soleil a environ 4,6 milliards d’années, donc VVV CL001 est presque trois fois plus vieux. Ses étoiles brillaient déjà lorsque les premières galaxies étaient encore en train de s’assembler. Le télescope spatial James Webb a commencé à repérer de jeunes amas d’étoiles compacts et naissants à l’intérieur de galaxies lointaines et grossies par effet de lentille gravitationnelle, certaines vues telles qu’elles étaient dans le premier milliard d’années de l’univers. L’équipe soutient que VVV CL001 est l’un des survivants de cette première génération, qui orbite encore aujourd’hui.

La Voie lactée compte environ 170 amas globulaires connus, et les plus vieux se trouvent dans le renflement. NGC 6558 a été daté à 13,2 milliards d’années, NGC 6256 à 13 milliards et HP1 à 12,9 milliards. Une autre équipe a estimé cette année à 13,6 milliards d’années l’âge de l’amas du renflement Ton 2. Sur le seul critère de l’âge, VVV CL001 fait partie du même groupe serré, sans le dominer clairement.

Ce qui le distingue, c’est sa chimie. Par rapport à l’hydrogène, les étoiles de VVV CL001 ne contiennent qu’environ 0,6 % de la proportion de fer du Soleil, ce qui en fait l’amas globulaire le plus pauvre en métaux connu dans le renflement. Les éléments lourds s’accumulent à chaque génération d’étoiles ; un amas aussi pauvre en ces éléments s’est donc très probablement formé à partir d’un gaz presque vierge. C’est pourquoi les auteurs le considèrent comme un candidat sérieux pour être le plus vieil amas de la galaxie, et non simplement l’un des plus vieux.

Un natif du cœur de la galaxie qui pèse sur l’âge de l’univers

L’orbite raconte le reste de l’histoire. La nouvelle distance place VVV CL001 sur une orbite allongée qui ne s’éloigne jamais de plus d’environ 7 300 années-lumière du centre galactique et s’en approche jusqu’à environ 2 100 années-lumière. Cette trajectoire en fait un natif du cœur de la Voie lactée, né dans la proto-galaxie elle-même, et non un amas volé plus tard à une galaxie naine de passage. Survivre aussi près du centre pendant si longtemps, là où la gravité désagrège la plupart des amas, suggère, selon l’estimation des auteurs, qu’il a commencé avec une masse équivalant à environ un million de fois celle du Soleil.

L’enjeu cosmique provient d’un différend de longue date. Les mesures de la vitesse d’expansion de l’univers divergent, et la valeur la plus élevée, si elle est correcte, implique un univers un peu plus jeune. Des étoiles très anciennes limitent le degré de jeunesse possible. Dans leurs conclusions, les auteurs écrivent que si VVV CL001 est confirmé comme un amas natif de cet âge, l’âge de la galaxie, et peut-être celui de l’univers, devra être reconsidéré.

Ce qu’il ne règle pas

L’incertitude annoncée de 0,4 milliard d’années n’est qu’une partie de l’erreur. L’équipe ajoute une incertitude systématique d’environ 1 milliard d’années liée à la distance, qui reste le maillon le plus faible. En utilisant la distance légèrement plus petite d’une étude précédente, la même méthode donne 13,7 milliards d’années, soit pratiquement l’âge de l’univers. Les auteurs soulignent que cela fonctionne dans les deux sens : l’amas peut être plus éloigné et plus jeune, mais pas beaucoup plus proche, sinon ses étoiles seraient plus vieilles que le cosmos.

Même Hubble n’a pas capturé la totalité du turn-off, la partie la plus sensible de la mesure de l’âge. Seules deux étoiles de la branche horizontale ont pu être confirmées, aucune des étoiles pulsantes RR Lyrae souvent utilisées comme jalons de distance n’appartient à l’amas, et la poussière devant lui est irrégulière. Chaque âge dépend également des modèles stellaires, qui concordent ici mais partagent de nombreuses hypothèses.

Il y a aussi l’écart avec les travaux antérieurs. Les estimations précédentes, proches de 12 milliards d’années, provenaient d’images moins profondes qui n’atteignaient jamais le turn-off, de sorte que l’équipe considère son propre chiffre comme plus fiable, mais aucun groupe indépendant n’a répété la mesure. L’origine native de l’amas repose pour l’instant sur son orbite ; une chimie détaillée pourrait encore indiquer une fusion précoce.

Questions fréquentes sur les plus vieux amas d’étoiles de la Voie lactée

Qu’est-ce qu’un amas globulaire ?

Un amas globulaire est une boule dense de dizaines de milliers à des millions d’étoiles maintenues ensemble par leur propre gravité. Ses étoiles se sont formées ensemble à partir d’un seul nuage de gaz, elles partagent donc un âge et une composition chimique.

Quel est le plus vieil amas d’étoiles de la Voie lactée ?

Il n’y a pas de vainqueur établi. Plusieurs amas du renflement galactique ont été datés entre environ 13 et 13,6 milliards d’années, et les barres d’erreur se chevauchent. VVV CL001, avec ses 13,4 milliards d’années et la teneur en fer la plus faible de tous les amas du renflement, est désormais l’un des candidats les plus sérieux.

Comment les astronomes connaissent-ils l’âge d’un amas d’étoiles ?

Ils trouvent le turn-off, le point où les étoiles de l’amas sont sur le point d’épuiser l’hydrogène dans leur cœur. Les étoiles les plus massives s’éteignent en premier, donc à mesure que l’amas vieillit, le turn-off se déplace vers des étoiles plus faibles et plus rouges. La comparaison de sa position avec des modèles stellaires donne un âge, à condition que la distance et l’atténuation par la poussière soient connues.

Une étoile peut-elle être plus vieille que l’univers ?

Non. Lorsqu’une estimation d’âge dépasse les 13,8 milliards d’années de l’univers, ce sont les barres d’erreur ou la distance qui expliquent l’écart. Pour VVV CL001, cette limite sert de vérification : elle exclut que l’amas soit beaucoup plus proche que ne le dit la nouvelle mesure.

Les spectres décideront où VVV CL001 est né

VVV CL001 a été découvert en 2011 par le relevé VVV de VISTA sur la Voie lactée intérieure. L’article a été soumis en septembre 2026, accepté le 20 octobre et mis en ligne le même jour sur le serveur arXiv. L’équipe indique que de nouvelles observations optiques plus profondes de l’amas seront bientôt disponibles pour trouver davantage d’étoiles de sa branche horizontale, et elle prépare une spectroscopie à haute résolution pour mesurer plusieurs éléments chimiques un par un. Ces abondances devraient montrer si VVV CL001 est né dans le cœur de la Voie lactée, comme le suggère son orbite, ou s’il est arrivé lors d’une fusion au cours du premier milliard d’années de la galaxie.

Référence : Olivares Carvajal et al., « VVV CL001: A strong candidate for the most ancient star cluster in the Galaxy, » Astronomy & Astrophysics (accepted), 2026. arXiv: 2610.27969

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