Les astronomes ont aperçu la structure intérieure d'une étoile mourante dans un rare type d'explosion cosmique appelée « supernova extrêmement dépouillée ».
Dans un article publié aujourd'hui dans NatureSteve Schulze de l'Université du Nord-Ouest aux États-Unis et ses collègues décrivent le Supernova 2021YFJ et une épaisse coquille de gaz qui l'entoure.
Leurs résultats soutiennent nos théories existantes de ce qui se passe à l'intérieur des étoiles massives à la fin de leur vie – et comment ils ont façonné les éléments constitutifs de l'univers que nous voyons aujourd'hui.
Comment les étoiles font les éléments
Les étoiles sont alimentées par la fusion nucléaire – un processus dans lequel des atomes plus légers sont écrasés ensemble dans des atomes plus lourds, libérant de l'énergie.
La fusion se produit par étapes sur la vie de la star. Dans une série de cycles, le premier hydrogène (l'élément le plus léger) est fusionné en hélium, suivi de la formation d'éléments plus lourds tels que le carbone. Les étoiles les plus massives continuent vers le néon, l'oxygène, le silicium et enfin le fer.
Chaque cycle de brûlure est plus rapide que le précédent. Le cycle de l'hydrogène peut durer des millions d'années, tandis que le cycle du silicium est terminé en quelques jours.
Alors que le cœur d'une étoile massive continue de brûler, le gaz à l'extérieur du noyau acquiert une structure en couches, où les couches successives enregistrent la composition de la progression des cycles de brûlure.
Alors que tout cela se déroule dans le cœur de l'étoile, l'étoile perd également du gaz de sa surface, réalisée dans l'espace par le vent stellaire. Chaque cycle de fusion crée une coquille de gaz en expansion contenant un mélange différent d'éléments.
Effondrement du noyau
Qu'arrive-t-il à une étoile massive lorsque son noyau est plein de fer? La grande pression et la température feront le fusible de fer, mais contrairement à la fusion d'éléments plus légers, ce processus absorbe l'énergie au lieu de le libérer.
La libération d'énergie de Fusion est ce qui a maintenu l'étoile contre la force de la gravité – donc maintenant le noyau de fer s'effondrera. Selon la taille, il est grand pour commencer, le noyau effondré deviendra une étoile à neutrons ou un trou noir.
Le processus d'effondrement crée un «rebond», qui envoie de l'énergie et la matière volant vers l'extérieur. C'est ce qu'on appelle une explosion de supernova en accéléré de base.
L'explosion illumine les couches de gaz à partir de l'étoile plus tôt, nous permettant de voir de quoi ils sont faits. Dans toutes les supernovae connues jusqu'à présent, ce matériau était soit l'hydrogène, l'hélium ou la couche de carbone, produit dans les deux premiers cycles de combustion nucléaire.
Les couches intérieures (les couches néon, oxygène et silicium) sont toutes produites dans quelques centaines d'années avant l'explosion de l'étoile, ce qui signifie qu'ils n'ont pas le temps de se déplacer loin de l'étoile.
Un mystère explosif
Mais c'est ce qui rend la nouvelle supernova sn2021yfj si intéressante. Schulze et ses collègues ont trouvé que le matériau à l'extérieur de l'étoile provenait de la couche de silicium, la dernière couche juste au-dessus du noyau de fer, qui se forme sur une échelle de temps de quelques mois.
Le vent stellaire doit avoir expulsé toutes les couches jusqu'au silicium avant l'explosion. Les astronomes ne comprennent pas comment un vent stellaire pourrait être suffisamment puissant pour ce faire.
Le scénario le plus plausible est qu'une deuxième étoile était impliquée. Si une autre étoile en orbite autour de celle qui a explosé, sa gravité aurait rapidement retiré la couche profonde du silicium.
Les étoiles explosives ont fait l'univers ce qu'il est aujourd'hui
Quelle que soit l'explication, cette vision au fond de l'étoile a confirmé nos théories des cycles de fusion nucléaire à l'intérieur d'étoiles massives.
Pourquoi est-ce important? Parce que les étoiles sont d'où viennent tous les éléments.
Le carbone et l'azote sont fabriqués principalement par des étoiles de masse inférieure, similaires à notre propre soleil. Certains éléments lourds tels que l'or sont fabriqués dans les environnements exotiques de collision et de fusion des étoiles à neutrons.
Cependant, l'oxygène et d'autres éléments tels que le néon, le magnésium et le soufre proviennent principalement de supernovae en accéléré.
Nous sommes ce que nous sommes à cause du fonctionnement interne des étoiles. La production constante d'éléments dans les étoiles provoque un changement de l'univers en continu. Les étoiles et les planètes formées plus tard sont très différentes de celles formées dans les temps antérieurs.
Lorsque l'univers était plus jeune, il y avait beaucoup moins d'éléments « intéressants ». Tout a fonctionné un peu différemment: les étoiles ont brûlé plus chaud et plus vite et les planètes peuvent s'être formées moins, différemment ou pas du tout.
La quantité de supernovae exploser et ce qu'ils éjectent dans l'espace interstellaire est une question critique pour comprendre pourquoi notre univers et notre monde sont comme ils sont.
