À la nuit des temps, les étoiles devaient être capables de créer des éléments bien plus lourds que tout ce que l’on trouve naturellement sur Terre, ou dans l’univers au sens large.
C’est la conclusion à laquelle est parvenue une équipe d’astronomes dirigée par Ian Roederer de l’Université du Michigan après avoir examiné 42 étoiles de la Voie lactée, dont l’abondance chimique ne peut s’expliquer que par la production passée d’éléments de masse atomique supérieure à 260.
La plupart des éléments de l’univers – presque tout ce qui est plus lourd que l’hydrogène – ont été créés par les étoiles. La première façon dont ils ont été créés est la fusion. Au cœur d’une étoile se trouve un moteur qui fusionne les atomes pour former des éléments plus lourds.
L’élément le plus lourd que ce processus peut produire est le fer. La fusion du fer en éléments plus lourds nécessite beaucoup plus d’énergie qu’elle n’en génère, auquel cas l’étoile s’autodétruit.
Il existe une autre méthode liée à cette autodestruction. Dans les explosions de supernova, lorsqu’une étoile meurt, et les explosions de kilonova, où deux étoiles à neutrons entrent en collision, les conditions sont idéales pour une capture rapide des neutrons, ou processus r.
Cela se produit lorsqu’il y a tellement de neutrons libres flottant qu’ils tombent sur les noyaux disponibles pour former un élément plus lourd. Il faut un environnement très énergétique pour que cela se produise, comme une supernova.
Cela arrive aussi très rapidement – d’où la partie « rapide » du nom. C’est certainement le processus qui produit des éléments comme l’or, le platine, le thorium et l’uranium. Mais il y a encore beaucoup de choses que nous ignorons sur la façon dont les objets sont créés.
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« Nous avons une idée générale du fonctionnement du processus r, mais les conditions du processus sont très extrêmes. » Roeder explique.
« Nous n’avons pas une bonne idée du nombre de types différents d’endroits dans l’univers qui peuvent générer un processus r, nous ne savons pas comment se termine un processus r et nous ne pouvons pas répondre à des questions telles que : combien de neutrons peuvent vous ajoutez?
« Ou quel est le poids de l’élément ? Nous avons donc décidé d’examiner quels éléments pourraient être créés par fission dans certaines étoiles anciennes bien étudiées pour voir si nous pouvions commencer à répondre à certaines de ces questions. »
L’autre façon dont nous savons que les éléments peuvent se former est la fission nucléaire. Cela se produit lorsqu’un atome se divise en morceaux, plutôt que de fusionner, et le résultat est un élément moins massif.
Les compositions chimiques des 42 étoiles de la Voie lactée examinées par Roeder et son équipe ont été bien étudiées.
Les premières étoiles de l’univers étaient pour la plupart constituées d’hydrogène. Ils ont créé des éléments dans leur cœur, sont morts et ont cultivé l’espace environnant avec des éléments qui ont été consommés par les générations d’étoiles suivantes.
Les étoiles étudiées par l’équipe sont connues pour contenir des éléments produits par le processus r lors des explosions de supernova.
Mais les chercheurs n’ont pas recherché d’éléments du processus r. Ils recherchaient des éléments pouvant être des produits de fission, comme le ruthénium, le rhodium, le palladium et l’argent. Au lieu d’observer les étoiles individuellement, comme c’est habituellement le cas, les chercheurs les ont examinées en groupe.
Ils ont trouvé un modèle. On s’attendrait à ce que certains autres éléments soient présents en certaines abondances si les minéraux examinés par l’équipe avaient été produits par le procédé r. Ces pourcentages n’existaient pas. L’équipe a conclu que cela indiquait que les éléments en question avaient été produits par fission.
Cela signifie que les premières étoiles dont sont issus ces métaux ont dû produire des éléments beaucoup plus lourds, plus grands que la masse atomique de 260, qui se sont ensuite divisés pour former des éléments plus légers et plus stables.
Nous n’avons jamais observé ces éléments se produire naturellement nulle part. Nous l’avons vu en laboratoire, mais sa demi-vie est si courte qu’elle se dégrade presque instantanément.
Cependant, la recherche montre que la recherche de produits de fission potentiels peut nous indiquer dans quelle mesure leur formation est probable ou courante dans l’univers au sens large.
« 260 est intéressant car nous n’avons jamais détecté quoi que ce soit de lourd dans l’espace ou naturellement sur Terre, même lors d’essais d’armes nucléaires. » dit Roeder.
« Mais les voir dans l’espace nous donne des indications sur la manière de réfléchir aux modèles et à la fission – et peut nous donner un aperçu de la façon dont la riche diversité des éléments émerge. »
La recherche a été publiée dans les sciences.
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