« L’or de la Terre proviendrait d’une collision d’étoiles à neutrons »

Environ 80 millions d’années avant la naissance du Système solaire, une kilonova à seulement 1.000 années-lumière aurait produit certains des éléments lourds trouvés sur Terre et dans les météorites. Il s’agit des actinides mais aussi des noyaux d’or et de platine.

L’essor de la physique nucléaire dans les années 1930 et surtout de l’astrophysique nucléaire dans les années 1950 a permis de transformer la géochimie sur Terre en une véritable cosmochimie à l’échelle des étoiles et même des galaxies. Il a alors été possible de comprendre l’origine de la majorité des éléments découverts sur Terre, dans l’atmosphère du Soleil et dans les météorites, et que l’on retrouve également dans les atmosphères des autres étoiles, dans la Voie lactée ainsi que dans le milieu interstellaire.

En dehors de l’hydrogène, de l’hélium et leurs isotopes, sans oublier les noyaux de lithium, tous les autres éléments jusqu’au fer sont le produit de la nucléosynthèse dans les étoiles, en particulier celles qui sont massives et qui explosent en supernovae. Mais cette nucléosynthèse stellaires’arrête au niveau du fer pour des raisons liées aux réactions nucléaires et aux propriétés des noyaux dans le cœur des étoiles.

Ce processus r, comme on l’a appelé, se produit justement dans les supernovae de façon importante au moment où les noyaux précédemment synthétisés au cours des millions d’années sont injectés dans le milieu interstellaire. Ils feront partie plus tard de nouvelles générations d’étoiles, dont certaines vont s’entourer d’un cortège planétaire durable.

Toutefois, on avait bien du mal à rendre compte de l’abondance de certains éléments, en particulier de l’or et du platine, jusqu’à ce que l’on comprenne que les flux de neutrons demandés pour expliquer ces abondances pouvaient se trouver dans les collisions d’étoiles à neutrons produisant des kilonovae. Des collisions comme celle que l’on a observée pour la première fois en août 2017, et qui s’est accompagnée de l’émission d’ondes gravitationnelles.

Nous disposons aujourd’hui de modèles nourris par les observations qui permettent de décrire l’évolution cosmochimique des éléments dans la Voie lactée, de sorte que nous pouvons rendre compte des abondances des éléments trouvés dans les météorites, sur Terre, dans l’atmosphère solaire et les relier à des événements astrophysiques passés.

Il existe d’ailleurs un précédent célèbre, celui de l’étude des inclusions réfractaires dans la chondrite Allende qui portaient des traces de radioactivités éteintes, c’est-à-dire les produits de la désintégration d’éléments radioactifs à courte demi-vie impliquant une synthèse et une injection rapide de ces éléments dans la nébuleuse protosolaire, juste avant son effondrement, donnant notre Système solaire. En clair, il avait dû se produire une supernova et l’onde de choc de l’explosion était probablement à l’origine de l’effondrement gravitationnel de cette nébuleuse.

Des neutrons, la recette pour les noyaux plus lourds que le fer

Pourtant, nous savons bien qu’il existe d’autres éléments plus lourds au-delà, et que plusieurs de leurs isotopes sont riches en neutrons. Ces faits peuvent trouver une explication si l’on suppose l’existence de flux intenses de neutrons qui injectent rapidement dans les noyaux ces nucléons. Certains de ces neutrons vont alors se désintégrer par radioactivité bêta en devenant des protons, ce qui va produire des éléments au-delà du fer.

Une kilonova à 1.000 années-lumière du proto-Soleil ?

Aujourd’hui, les astrophysiciens Imre Bartos, de l’université de Floride, et Szabolcs Marka de l’université Columbia, viennent de publier dans Nature un article qui aboutit à une conclusion étonnante en ce qui concerne l’origine de l’or et du platine de la Terre, et plus précisément de ses actinides.

Rappelons que, dans le tableau de Mendeleïev, les actinides forment une famille comprenant les 15 éléments chimiques allant de l’actinium (no 89) au lawrencium (no 103). Il s’agit de métaux lourds qui sont tous radioactifs dont les plus célèbres sont sans doute l’uranium, le thorium et le plutonium. Ce qui n’est pas complètement un hasard puisque ce sont simplement les plus abondants actinides sur Terre.

Bartos et Marka ont modélisé sur ordinateur la production des actinides et leurs répartitions moyennes dans la Voie lactée. Ils ont alors découvert que pour rendre compte de la meilleure façon des abondances des actinides dans les météorites du Système solaire, qui sont la mémoire de sa formation, il fallait postuler qu’une kilonova s’était produite à environ 1.000 années-lumière du nuage protosolaire, et seulement 80 millions d’années avant le début de la formation du Système solaire. Leurs calculs suggèrent que cet évènement a synthétisé 70 % de curium 247 et 40 % de plutonium 244 que nous observons.

La prudence s’impose tout de même car il y a des incertitudes dans les calculs effectués et dans la modélisation du milieu interstellaire où le mélange et le transport des éléments s’effectuent.

Sources

Réagissez à cet article en nous laissant un commentaire.
Profitez-en pour vous abonner  et suivre d’autres reportages tout aussi passionnants.
Publicités

Répondre

Choisissez une méthode de connexion pour poster votre commentaire:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l'aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion /  Changer )

Photo Google

Vous commentez à l'aide de votre compte Google. Déconnexion /  Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l'aide de votre compte Twitter. Déconnexion /  Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l'aide de votre compte Facebook. Déconnexion /  Changer )

Connexion à %s

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur la façon dont les données de vos commentaires sont traitées.