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Espace

Voici comment se forment les éléments lourds de l’Univers

23-10-2019

Représentation de deux étoiles à neutrons explosant en kilonova. Photo: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

C’est confirmé: du strontium, un élément lourd, a été produit lors de la fusion de deux étoiles à neutrons. Il a été détecté pour la première fois dans l’espace.

Le 17 août 2017, la brutale collision de deux étoiles à neutrons était simultanément observée par les détecteurs d’ondes gravitationnelles LIGO-Virgo et 70 télescopes partout dans le monde. Cet événement unique, qui a fasciné les scientifiques, continue de faire parler de lui. Une équipe de l’European Southern Observatory (ESO) vient d’annoncer la détection de strontium, un élément chimique dit lourd, né de cette formidable explosion.

Petit retour en arrière: ce qui est détecté en août 2017, c’est la collision de deux astres très massifs, des étoiles à neutrons, à 130 millions d’années-lumière de la Terre. Elles fusionnent en donnant lieu à une explosion, appelée « kilonova », la première jamais observée. Cette dernière a pu être analysée sous tous les angles avec différents instruments grâce à plusieurs types de rayonnement électromagnétique émis : lumière visible, infrarouge, ultraviolet, ondes radio… De quoi comprendre les phénomènes de physique extrêmes qui ont eu lieu pendant et après la collision.

Grâce au spectrographe X-shooter qui équipe le Very Large Telescope de l’ESO, au Chili, des astronomes confirment avoir détecté la signature chimique du strontium lors des observations de 2017. Leurs travaux, publiés dans la revue Nature, mettent fin à une énigme vieille de plusieurs décennies quant à l’origine des éléments lourds dans l’Univers.

Ces atomes sont dits lourds, car ils possèdent beaucoup de neutrons. C’est le cas des atomes d’or, par exemple, dont les noyaux possèdent presque quatre fois plus de neutrons que les atomes de fer. Ces éléments, abondants dans l’Univers, ne peuvent pas être créés par les réactions de fusion au cœur des étoiles, contrairement au carbone, à l’azote ou au fer justement. Ils ne sont générés que dans des environnements extrêmes. Comment? Lors de l’explosion, une fraction des neutrons sont éjectés et viennent se combiner avec les noyaux lourds, comme le fer et le nickel, présents dans la croûte de ces astres, pour former des atomes plus lourds encore. Ce phénomène est appelé capture rapide de neutrons. Une théorie qui a pu être confirmée grâce à la collision de 2017.

Si les premières analyses de la kilonova avaient déjà confirmé le fait que ce sont bien des fusions d’étoiles à neutrons qui ont produit la plupart des métaux précieux et des éléments lourds qu’on trouve sur Terre, l’équipe de l’ESO est la première à mettre en évidence de manière distinctive la présence d’un de ces éléments. L’analyse a «permis d’identifier la signature de l’un des éléments lourds composant cette boule de feu, démontrant par là même que la collision des étoiles à neutrons s’accompagne de la création de cet élément dans l’Univers», a précisé Darach Watson de l’Université de Copenhague au Danemark, auteur principal de cette étude. Sur Terre, le strontium est naturellement présent dans le sol, et se trouve concentré dans certains minéraux. Ses sels sont utilisés pour conférer aux feux d’artifice une couleur rouge vif.

Selon des estimations, cette explosion à elle seule aurait notamment éjecté 10 fois la masse de la Terre en or, 50 fois sa masse en platine et 5 fois celle en uranium.

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