Lorsque les étoiles meurent, elles répandent dans l’espace les éléments qu’elles ont créés dans leur noyau. Mais d’autres objets et processus dans l’espace créent également des éléments. Finalement, ce “truc d’étoiles” se disperse à travers la galaxie dans des nuages de débris géants. Plus tard, parfois des millions d’années plus tard, il se dépose sur les planètes. Quel est le chaînon manquant entre la création d’éléments et leur dépôt sur un monde lointain ?
C’est la question que les chercheurs se sont posée pendant des années alors qu’ils essayaient de comprendre comment des éléments lourds comme le manganèse, le fer et le plutonium apparaissaient sur Terre. Il s’avère qu’ils sont fabriqués selon différents processus, souvent dans différentes parties de la Voie lactée. Pourtant, ils ont été trouvés superposés sur les fonds marins de la Terre. Cela implique qu’ils sont arrivés à peu près au même moment, malgré leurs origines différentes.
Des scientifiques de l’Université de Hertfordshire au Royaume-Uni et de l’Observatoire Konkoly, Centre de recherche pour l’astronomie et les sciences de la Terre en Hongrie, ont élaboré des théories et des modèles informatiques pour simuler la façon dont les éléments se déplacent dans l’espace. La réponse qu’ils ont trouvée : les éléments d’événements lointains sont portés par des fronts de choc de supernova comme des surfeurs attrapant une vague.
Éléments lourds : de la nucléosynthèse à l’exploitation minière en haute mer
Pour comprendre comment des choses provenant de conflagrations lointaines se sont retrouvées sur Terre, il vaut la peine de jeter un coup d’œil rapide à ces événements. Premièrement, il y a les supernovae de type II. Ils se produisent lorsqu’une étoile supermassive meurt. C’est au moins huit fois la masse du Soleil. Ces étoiles fusionnent des éléments de plus en plus lourds (comme le carbone) dans leur noyau. Lorsqu’ils arrivent à créer du fer, ils n’ont pas assez d’énergie pour maintenir la chaîne de production. Les noyaux s’effondrent, puis tout se dilate très rapidement dans une explosion de supernova. C’est suffisant pour envoyer ses éléments lourds courir dans l’espace.
Ensuite, il y a les supernovae de type Ia. Ceux-ci se produisent dans une paire binaire d’étoiles. La matière d’une étoile de la séquence principale s’accumule sur son partenaire, une naine blanche. Quand trop de matière s’accumule, il y a explosion. Cela se traduit par la « nucléosynthèse » d’éléments plus lourds, dont le manganèse.
Un autre événement catastrophique qui crée probablement des éléments lourds est la collision (ou la fusion) de deux étoiles à neutrons. Alors qu’ils tournent en spirale l’un vers l’autre et finissent par s’écraser, ils libèrent une pluie de neutrons. Ceux-ci, à leur tour, bombardent les atomes proches. Cet événement « r-process » produit très rapidement des éléments lourds comme le plutonium.
D’une manière ou d’une autre, tout ce matériel provenant de différentes sources s’est retrouvé sur Terre à peu près au même moment. Les scientifiques ont trouvé des preuves déroutantes de cela dans les dépôts d’isotopes radioactifs sur le fond marin en 2021. Ils ne se sont pas formés normalement sur Terre ou lors de la naissance du système solaire il y a environ 4,5 milliards d’années. Ils devaient venir d’ailleurs.
Obtenir des éléments de là à ici
Pour que les « trucs stellaires » qui en résultent se retrouvent sur n’importe quel monde dans n’importe quel système stellaire, il doit y avoir un service de livraison cohérent à l’échelle de la galaxie. Ce concept a intrigué le Dr Chiaki Kobayaski de l’Université du Hertfordshire, qui a déclaré : « Je travaille sur les origines des éléments stables dans le tableau périodique depuis de nombreuses années, mais je suis ravi d’obtenir des résultats sur les isotopes radioactifs dans cet article. Leur abondance peut être mesurée par des télescopes à rayons gamma dans l’espace ainsi qu’en creusant les roches sous l’eau de la Terre.
Les roches auxquelles Kobayashi fait référence proviennent de l’exploration sous-marine des océans de la Terre, selon le responsable de l’étude Benjamin Wehmeyer. Ils ont créé des modèles informatiques montrant que des ondes de choc de supernova presque continues pourraient être un mécanisme de transport viable pour acheminer ces éléments vers la Terre (ou d’autres planètes). “Nos collègues ont déterré des échantillons de roche du fond de l’océan, les ont dissous, les ont placés dans un accélérateur et ont examiné les changements de leur composition couche par couche”, a-t-il déclaré. “En utilisant nos modèles informatiques, nous avons pu interpréter leurs données pour savoir exactement comment les atomes se déplacent dans la Galaxie.”
L’effort de modélisation montre que les isotopes peuvent se propager à travers de vastes zones d’une galaxie via des ondes de choc de supernova. Ces façades balayent des collections d’éléments provenant de divers sites.
Implications pour les exoplanètes
Comprendre ce processus de livraison est particulièrement crucial alors que les astronomes commencent des études à grande échelle d’exoplanètes où la vie pourrait être possible. Savoir comment ils ont obtenu leur composition élémentaire est un grand pas vers la compréhension des possibilités de la vie.
“C’est un pas en avant très important, car cela nous montre non seulement comment les isotopes se propagent à travers la Galaxie, mais aussi comment ils deviennent abondants sur les exoplanètes, c’est-à-dire les planètes au-delà de notre système solaire”, a déclaré Wehmeyer. “C’est extrêmement excitant car les abondances isotopiques sont un facteur important pour déterminer si une exoplanète est capable de retenir de l’eau liquide, ce qui est la clé de la vie. À l’avenir, cela pourrait aider à identifier les régions de notre Galaxie où nous pourrions trouver des exoplanètes habitables ».
Pour plus d’informations
Les isotopes radioactifs atteignent la Terre en surfant sur les ondes de supernova, découvrent les scientifiques
Enrichissement inhomogène de noyaux radioactifs dans la galaxie : dépôt de vivants 53Mn, 60Fe, 182Hf, et 244Pu dans les Archives sous-marines. Surfer sur la vague ?
Tracez des points de plutonium sur les fonds marins vers des forges stellaires d’éléments lourds
60Fe et 244Le Pu déposé sur Terre limite les rendements du processus R des supernovae récentes à proximité
