Les preuves observationnelles d’une fusion d’étoiles à neutrons ont révélé la production d’éléments lourds rares, dont le tellure, faisant ainsi progresser notre compréhension des origines élémentaires de l’univers. Crédit : Issues.fr.com
Cette découverte révolutionnaire rapproche les astronomes de la résolution du mystère de l’origine des éléments plus lourds que le fer.
Une équipe internationale d’astronomes, dont Dieter Hartmann, astrophysicien de l’Université de Clemson, a obtenu des preuves d’observation de la création d’éléments lourds rares à la suite d’une explosion cataclysmique déclenchée par la fusion de deux étoiles à neutrons.
L’explosion massive a déclenché un sursaut gamma, GRB230307A, le deuxième plus brillant en 50 ans d’observations et environ 1 000 fois plus lumineux qu’un sursaut gamma typique. GRB230307A a été détecté pour la première fois par NASALe télescope spatial Fermi Gamma-Ray de , le 7 mars 2023.
Dévoiler les mystères du cosmos
À l’aide de plusieurs télescopes spatiaux et terrestres, dont le télescope spatial James Webb de la NASA, le télescope le plus grand et le plus puissant jamais lancé dans l’espace, les scientifiques ont pu localiser la source du sursaut gamma dans le ciel et suivre l’évolution de sa luminosité. .
Grâce aux informations recueillies, les chercheurs ont déterminé que l’éclatement était le résultat de la fusion de deux étoiles à neutrons dans une galaxie située à 1 milliard d’années-lumière de la Terre pour former une kilonova. Les chercheurs ont observé des traces de tellure, l’un des éléments les plus rares sur Terre.
Cette découverte révolutionnaire rapproche les astronomes de la résolution du mystère de l’origine des éléments plus lourds que le fer.
« Je suis un astrophysicien des hautes énergies. J’aime les explosions. J’aime les rayons gamma qui en proviennent. Mais je suis aussi un astronome qui s’intéresse vraiment à des questions fondamentales comme la formation des éléments lourds », a déclaré Hartmann.
Dieter Hartmann, professeur au département de physique et d’astronomie de l’Université de Clemson. Crédit : Université de Clemson
Sursauts gamma : fenêtres sur les processus stellaires
Les sursauts gamma (GRB) sont des éclats de lumière gamma – la forme de lumière la plus énergétique – qui durent de quelques secondes à quelques minutes. Les premiers GRB ont été détectés dans les années 1960 par des satellites construits pour surveiller les essais nucléaires.
Les GRB ont différentes causes.
Les GRB de longue durée sont provoqués par des supernovas, le moment où une étoile massive atteint la fin de sa vie et explose en un éclat de lumière. Les GRB de courte durée sont causés par la fusion de deux étoiles à neutrons, connue sous le nom de kilonova, ou la fusion d’une étoile à neutrons. étoile à neutrons et un trou noir.
Bien que GRB230307A ait duré 200 secondes, les scientifiques ont vu la couleur de la rémanence passer du bleu au rouge, une signature de kilonova.
« L’explosion elle-même indiquait en fait un événement de longue durée, et il aurait dû s’agir d’une situation normale de type supernova. Mais il présentait des caractéristiques inhabituelles. Cela ne correspondait pas tout à fait aux modèles de longues rafales », a déclaré Hartmann. « Il s’avère que ce nuage radioactif, cette rémanence de kilonova, qui contenait toutes ces empreintes nucléaires synthétiques, est la signature d’une fusion binaire. L’enthousiasme vient du fait d’utiliser le Webb pour identifier une empreinte chimique que nous attendions pour de courtes rafales et de la voir à l’intérieur d’une longue rafale.
Le rôle des fusions d’étoiles à neutrons dans la formation des éléments
Hartmann a déclaré que le Big Bang produisait de l’hydrogène et de l’hélium. Tous les autres éléments ont été fabriqués par des étoiles et des processus dans le milieu interstellaire.
«Certains d’entre eux sont suffisamment massifs pour exploser et renvoient cette matière dans leur environnement gazeux qui formera plus tard de nouvelles étoiles. Il existe donc un cycle dans l’univers qui nous enrichit davantage en carbone, en azote, en oxygène, en tout ce dont nous avons besoin », a-t-il déclaré. « Nous appelons les étoiles les chaudrons de l’univers. »
Les réactions thermonucléaires, ou fusion, font briller les étoiles. Cela conduit successivement à la production d’éléments plus lourds, a déclaré Hartmann. Mais lorsqu’il s’agit de repasser, il ne reste plus beaucoup d’énergie à extraire, dit-il.
Alors, d’où viennent tous les éléments lourds comme l’or et l’uranium ?
« Les éléments lourds ont des origines particulières. Deux processus dominent. L’un est appelé rapide ; l’autre est appelé lent. Nous pensons que le processus R se produit dans ces fusions d’étoiles à neutrons », a déclaré Hartmann.
Confirmer les théories avec des preuves observationnelles
La modélisation théorique suggérait que les kilonovas devraient produire du tellure, mais la détection d’une raie spectrale par le Télescope spatial James Webb fourni des preuves expérimentales. Une raie spectrale est une raie sombre ou lumineuse au sein d’un spectre continu. Il est produit par des transitions au sein des atomes ou des ions.
« Nous pensons qu’il s’agit d’une identification assez sécurisée, mais elle ne fait pas l’objet d’un doute raisonnable comme ils le diraient devant un tribunal », a déclaré Hartmann.
Les résultats détaillés de la recherche peuvent être trouvés dans l’article intitulé « Production d’éléments lourds dans une fusion d’objets compacts observée par JWST » paru dans la revue scientifique. Nature.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir :
- Des éléments essentiels à la vie forgés lors d’une explosion spatiale massive
- Premier aperçu de Webb sur la création d’éléments lourds
- Explorer une usine de métaux lourds à 900 millions d’années-lumière
Outre Hartmann, des chercheurs de plusieurs universités des États-Unis ainsi que des scientifiques des Pays-Bas, du Royaume-Uni, d’Italie, du Japon, du Danemark, d’Espagne, de Suède, d’Australie, d’Irlande, de France, de Nouvelle-Zélande, du Canada, d’Israël, d’Islande, La République tchèque et l’Allemagne étaient impliquées.
