Les premières étoiles se sont formées environ 300 millions d’années après le Big Bang, alors que l’univers était encore sombre, à partir de nuages de gaz primordiaux. Les premières étoiles étaient constituées d’hydrogène et d’hélium, et d’aucun autre élément – zéro « métallicité ». En astrophysique, un métal est tout élément plus lourd que l’hydrogène ou l’hélium.
On croyait que les premières étoiles étaient énormes, des centaines de masses solaires, car le processus de fragmentation de la matière venait de commencer. L’univers primitif était très homogène – il n’y avait que de minuscules écarts dans la distribution régulière de la matière. Lentement, ces écarts se sont accumulés et se sont condensés en poches de gaz locales. Ce processus a pris énormément de temps car la gravité est relativement faible lorsqu’il n’y a pas déjà beaucoup de matière entassée en un seul endroit.
Les premières étoiles sont appelées étoiles de Population III, contrairement aux étoiles de Population II qui leur ont succédé, et aux étoiles de Population I comme notre Soleil. Ces dernières étoiles ont une teneur en métal beaucoup plus élevée, ce qui influence leur dynamique de manière importante. Aujourd’hui, une étoile bien plus massive que 150 Soleils ne pourrait pas exister. En raison de la présence d’oxygène, d’azote et de carbone dans le noyau, les réactions de fusion d’hydrogène sont catalysées et l’étoile s’effondrerait avant d’avoir eu la chance de se former.
Mais pas avec les premières étoiles. Ces choses étaient énormes. Les scientifiques pensent qu’ils ont pu avoir un petit aperçu de la lueur de ces étoiles à l’aide du télescope spatial Spitzer. Sans éléments lourds dans leur cœur, ces étoiles ont fusionné de l’hydrogène en utilisant le processus du proton pp, ce qui prend beaucoup de temps. Pourtant, en raison de leur masse extrême, ces étoiles auraient eu des centres très denses et chauds, accélérant les réactions. Les premières étoiles n’ont probablement pas existé plus d’un million d’années. En raison de leur distance extrême, nous ne pourrons probablement pas les observer tant que la technologie des télescopes ne s’améliorera probablement pas de manière significative.