Certains des éléments utilisés par les systèmes vivants sont bien plus abondants dans Cassiopée A que nous le pensions, ce qui laisse entendre que certaines parties de notre galaxie pourraient être plus adaptées à la vie que d'autres.
Le reste de la supernova Cassiopée A
Cachée dans Cassiopée A, la plus jeune étoile explosée connue de notre galaxie, les astronomes ont découvert des niveaux étonnamment élevés de chlore et de potassium. Ces éléments portent un nombre impair de protons dans leurs noyaux atomiques et, même s’ils sont considérés comme moins abondants dans l’univers, ils sont essentiels à la formation des planètes et aux systèmes vivants. Cela signifie que la découverte de Cassiopée A pourrait avoir des implications sur l'endroit où la vie extraterrestre pourrait être trouvée dans la Voie Lactée.
Les étoiles éclatées – restes de supernova – contiennent de nombreux éléments, comme l’oxygène et le magnésium, avec un nombre pair de protons dans leur noyau. Les noyaux comportant un nombre impair de protons – ceux appartenant aux éléments « Z impairs » – sont intrinsèquement moins stables et sont donc moins susceptibles d’être produits lors de la fusion stellaire. Cela se reflète dans les modèles d’évolution chimique de notre galaxie, qui prédisent généralement de très faibles niveaux d’éléments impairs.
« (En conséquence) les origines de ces éléments impairs Z ont longtemps été incertaines », explique Kai Matsunaga de l'Université de Kyoto, au Japon.
Matsunaga et ses collègues ont réalisé que la spectroscopie des rayons X à haute résolution pourrait constituer une étape vers la résolution de l'énigme. Dans la chaleur intense d’un reste de supernova, les atomes perdent des électrons et émettent des empreintes digitales distinctes en rayons X qu’un détecteur sensible peut capter. La mission d'imagerie et de spectroscopie aux rayons X (XRISM), lancée en septembre 2023, est un détecteur suffisamment sensible et a observé Cassiopée A à deux reprises en décembre 2023.
Pour estimer la quantité de chaque élément présent, les chercheurs ont comparé les signaux faibles des éléments à Z impair avec les signaux plus forts des éléments à Z pair comme le soufre et l'argon, en les utilisant comme points de référence stables pour obtenir une lecture plus précise des éléments à Z impair.
Les résultats montrent que la supernova Cassiopée A a produit beaucoup plus de chlore et de potassium que ne le prédisent les modèles standards. Cela suggère que les théoriciens devront peut-être repenser la manière dont les étoiles massives forgent ces éléments rares, car certains modèles largement utilisés ne correspondent pas aux conditions spécifiques de Cassiopée A.
« Bien que les auteurs soulignent que leurs observations sont en contradiction avec les modèles précédents, le tableau est plus nuancé », explique Stan Woosley de l'Université de Californie à Santa Cruz, qui n'a pas participé à l'étude. « Ce n'est pas que tous nos modèles sont faux. Certains fonctionnent mieux que d'autres, et quelques-uns s'accordent assez bien. L'essentiel est que ces observations donnent aux astronomes de nouvelles informations concrètes pour améliorer les modèles et mieux comprendre ce qui se passe lorsqu'une étoile massive explose. »
Les nouvelles mesures ont également permis à Matsunaga et à ses collègues de commencer à tester certaines des théories de longue date sur la façon dont les éléments impairs Z pourraient se former dans les étoiles massives – par la rotation stellaire, l'interaction entre des paires d'étoiles binaires ou la fusion de différentes couches brûlantes au plus profond de l'étoile. Jusqu’à présent, il n’existait aucun moyen de comparer ces théories à des données réelles.
« Nous ne comprenons toujours pas exactement quels types d'étoiles ont contribué à cet inventaire galactique », déclare Katharina Lodders de l'Université Washington de St. Louis, Missouri, qui n'a pas participé à l'étude. « Surtout les origines du chlore, un élément abondant dans nos océans. »
Si ces découvertes s’avèrent vraies pour d’autres restes de supernova, elles pourraient également remodeler notre façon de penser la répartition des éléments essentiels à la vie à travers la Voie Lactée. Certaines régions peuvent être mieux approvisionnées que d’autres en ingrédients nécessaires à la vie, en fonction des étoiles qui ont semé leurs planètes – ce qui pourrait suggérer que toute vie extraterrestre est inégalement répartie dans notre galaxie.
« C'est certainement possible », ajoute Matsunaga, « mais nous ne pouvons pas le dire avec certitude sur la base des résultats actuels. » On ne sait pas vraiment si Cassiopée A est une bizarrerie en produisant des quantités aussi élevées d'éléments impairs-Z, dit-il, ou si elle est représentative des restes de supernovae en général. « Les futures observations d'autres restes de supernova avec XRISM ou des instruments à venir seront cruciales pour répondre à cette question. »
