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09/07/2021 Pourquoi la Voie Lactée comporte-t-elle des éléments lourds ?

Un nouveau type d'explosion stellaire a été identifié dans notre galaxie. Le phénomène, qualifié d' « hypernova magnétorotationnelle », aiderait à expliquer comment des éléments lourds présents dans la Voie lactée ont été produits.

Les éléments lourds ou super-lourds sont ceux dont le numéro atomique dépasse 104. Leur temps de vie est généralement extrêmement court. L'uranium est un élément lourd. L'article ci-après présente les principaux d'entre eux.

Le 7 juillet 202, une équipe d'astronomes a rapporté la découverte d'une explosion massive, 10 fois plus énergétique qu'une supernova, venue d'une source jusqu'à présent inconnue. Leurs travaux sont parus dans Nature (article référencé ci-dessous auquel on pourra se reporter. )

D'après les auteurs, il s'agit d'une preuve de la destruction d'une étoile en rotation rapide. : ils désignent le phénomène sous le nom de « hypernova magnétorotationnelle ». L'étoile était une géante rouge baptisée SMSS 2003−1142, située à 7 500 années-lumière du Soleil. En étudiant l'abondance des éléments qui la composent, les chercheurs estiment que cela « correspond bien aux rendements d'une seule hypernova magnétorotationnelle de 25 masses solaires ». L'étoile est décrite comme pauvre en métaux, ce qui signifie qu'elle contient peu d'éléments lourds. Néanmoins, son étude a révélé la présence de certains éléments en quantité inhabituellement importante, comme l'azote, le zinc, l'europium et l'uranium.

Jusqu'à maintenant, on supposait que la seule façon de produire des éléments lourds ) était la fusion d'étoiles à neutrons (on parle alors de kilonova), Or, on sait aussi que des éléments lourds ont pu être produits peu de temps après le Big Bang. Ceci cependant  ne laissait pas assez de temps pour que de telles fusions puissent avoir lieu. La découverte de l'ancienne étoile SMSS 2003−1142 dans la Voie lactée est un premier indice d'une autre source d'éléments lourds. Ils auraient été produits lors l'effondrement et de l'explosion de cet étoile, qui possédait un champ magnétique très puissant et tournait très rapidement sur lui-même.

SMSS 2003−1142 est connue depuis 2016, et a été observée une nouvelle fois en septembre 2019 depuis les installations de l'Observatoire européen austral (ESO) au Chili. Ce sont ces observations qui ont permis de déterminer la teneur en fer de l'étoile, qui était environ « 3 000 inférieure à celle du Soleil », écrivent les auteurs de l'article dans The Conversation, ajoutant, « en d'autres termes, SMSS 2003−1142 est chimiquement primitive ». Les éléments ont dû être produits par l'effondrement violent d'une seule étoile mère, qui se serait produire un milliard d'années après le Big Bang.

À partir des niveaux d'azote repérés dans SMSS 2003−1142, les scientifiques ont déduit la rotation rapide de son étoile mère. Quant aux niveaux de zinc, ce sont eux qui indiquent l'énergie de l'explosion. Elle représentait 10 fois celle d'une supernova. L'uranium laisse supposer qu'il y a eu présence de neutrons en grande quantité.

« Cette classe d'explosions stellaires pourrait être plus importante dans l'Univers primitif, car dans les étoiles primordiales l'absence de vents stellaires entraîne une perte de masse sensiblement moindre et on s'attend donc à une rotation plus rapide », détaillent les scientifiques en conclusion de leur étude.

Des explosions comparables auraient pu se produire « au cours des premières époques de formation d'étoiles dans notre galaxie ». Ensemble, deux types d'événements (les fusions d'étoiles à neutrons et les hypernovae magnétorotationnelles) pourraient probablement expliquer comment les éléments lourds présents dans la Voie lactée ont été créés.

Référence

Published: 07 July 2021

  • https://www.nature.com/articles/s41586-021-03611-2

r-Process elements from magnetorotational hypernovae

Abstract

Neutron-star mergers were recently confirmed as sites of rapid-neutron-capture (r-process) nucleosynthesis1,2,3. However, in Galactic chemical evolution models, neutron-star mergers alone cannot reproduce the observed element abundance patterns of extremely metal-poor stars, which indicates the existence of other sites of r-process nucleosynthesis4,5,6. These sites may be investigated by studying the element abundance patterns of chemically primitive stars in the halo of the Milky Way, because these objects retain the nucleosynthetic signatures of the earliest generation of stars7,8,9,10,11,12,13. Here we report the element abundance pattern of the extremely metal-poor star SMSS J200322.54−114203.3. We observe a large enhancement in r-process elements, with very low overall metallicity. The element abundance pattern is well matched by the yields of a single 25-solar-mass magnetorotational hypernova. Such a hypernova could produce not only the r-process elements, but also light elements during stellar evolution, and iron-peak elements during explosive nuclear burning. Hypernovae are often associated with long-duration γ-ray bursts in the nearby Universe8. This connection indicates that similar explosions of fast-spinning strongly magnetized stars occurred during the earliest epochs of star formation in our Galaxy.

Voir aussi Theconversation.com

https://theconversation.com/we-found-a-new-type-of-stellar-explosion-that-could-explain-a-13-billion-year-old-mystery-of-the-milky-ways-elements-163986

09/07/2021
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