Comment se sont formés les métaux lourds comme l’or et l’uranium ? La réponse se trouve dans les trous noirs.

Une question qui a souvent intrigué les scientifiques est de savoir d’où viennent tous les métaux lourds, y compris l’or et l’uranium ? Comment ont-ils vu le jour ? Si tous les métaux lourds se sont formés dans des conditions extrêmes à l’intérieur des étoiles ou à la suite d’explosions stellaires et de collisions d’étoiles à neutrons, la question demeure : quand et pourquoi la matière a-t-elle été éjectée et si les éléments lourds peuvent être produits d’une autre manière. Les chercheurs affirment maintenant que la synthèse d’éléments lourds est typique de certains trous noirs orbitant autour d’un disque d’accrétion de matière dense et chaude.

Alors qu’un trou noir est une région où la gravité est si forte que rien ne peut s’en échapper, le disque d’accrétion est composé de matière qui s’est approchée d’un trou noir sans y tomber. Ce système est formé par la fusion de deux étoiles à neutrons massives ou lors de l’effondrement et de l’explosion d’une étoile en rotation. Les chercheurs du GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research (Allemagne) et leurs collègues belges et japonais ont déclaré que la composition interne de ces disques d’accrétion n’était pas encore bien comprise.

“Dans notre étude, nous avons systématiquement étudié pour la première fois les taux de conversion des neutrons et des protons pour un grand nombre de configurations de disques au moyen de simulations informatiques élaborées, et nous avons découvert que les disques sont très riches en neutrons tant que certaines conditions sont réunies”, a déclaré à Phys.org le Dr Oliver Just, du groupe d’astrophysique relativiste de la division de recherche du GSI.

Just a déclaré que le facteur décisif est la masse totale du disque, ce qui signifie que plus le disque est grand, plus les neutrons sont formés et sont disponibles pour la synthèse des éléments lourds.

L’étude montre que la masse optimale du disque pour une production prolifique d’éléments lourds est d’environ 0,01 à 0,1 masse solaire. Elle fournit des preuves solides que les fusions d’étoiles à neutrons produisant des disques d’accrétion avec ces masses exactes pourraient être le point d’origine d’une grande fraction des éléments lourds. Cependant, il n’est pas encore clair si et à quelle fréquence de tels disques d’accrétion se produisent.

Les résultats ont été publiés dans le journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.