Selon de nouvelles recherches, une violente collision entre deux étoiles à neutrons, il y a 4,6 milliards d’années, a inondé d’éléments lourds le système solaire encore non formé.
Jusqu’à 0,3 % de l’or, du platine et de l’uranium de la Terre (ainsi que d’autres éléments lourds) pourraient avoir été forgés dans le feu d’une fusion située à 1 000 années-lumière, alors que le système solaire n’était guère plus qu’un nuage de gaz et de poussière.
“Cela signifie que dans chacun de nous, nous trouverions la valeur d’un cil de ces éléments”, a déclaré l’astrophysicien Imre Bartos de l’Université de Floride, “principalement sous la forme d’iode, qui est essentiel à la vie.”
La fameuse collision d’étoiles à neutrons détectée en 2017 nous a appris beaucoup de choses – dont la moindre n’est pas que de telles collisions produisent des éléments lourds. Dans les données électromagnétiques produites par GW 170817, les scientifiques ont détecté, pour la première fois, la production d’éléments lourds, dont l’or, le platine et l’uranium.
En effet, une explosion puissante, telle qu’une supernova ou une fusion stellaire, peut déclencher le processus de capture rapide des neutrons, ou processus r – une série de réactions nucléaires dans lesquelles les noyaux atomiques entrent en collision avec des neutrons pour synthétiser des éléments plus lourds que le fer.
Les réactions doivent se produire assez rapidement pour que la désintégration radioactive n’ait pas le temps de se produire avant que d’autres neutrons soient ajoutés au noyau, ce qui signifie qu’elles doivent se produire là où il y a beaucoup de neutrons libres en circulation, comme dans une étoile en explosion.
Pour déterminer d’où peuvent provenir les éléments lourds de la Terre – d’une supernova ou d’une fusion d’étoiles à neutrons – Bartos et son collègue Szabolcs Márka de l’université Columbia ont analysé les isotopes radioactifs présents dans les premières météorites du système solaire.
Ceux-ci se trouvent dans les actinides – des éléments lourds dont le numéro atomique va de 89 à 103, de l’actinium au lawrencium, qui sont tous radioactifs ; on trouve leurs traces dans les météorites des premiers temps du système solaire.
Les isotopes radioactifs ont une demi-vie. Il s’agit du temps nécessaire pour que la moitié des noyaux atomiques d’un échantillon se désintègre, et c’est une quantité connue pour divers éléments. La demi-vie radioactive peut donc être utilisée comme une sorte de capsule temporelle pour reconstituer des périodes spécifiques.
Les chercheurs ont donc pu utiliser les actinides des météorites, le plutonium, l’uranium et le curium, pour reconstituer l’abondance des éléments lourds au début du système solaire.
L’équipe a donc réalisé des simulations numériques du système solaire primitif afin de comparer les abondances réelles des météorites aux simulations. Et ils ont découvert que les deux ne correspondaient pas sans une explosion d’étoiles à neutrons.
La meilleure correspondance avec les abondances d’actinides observées était une collision d’étoiles à neutrons à environ 1 000 années-lumière du système solaire (donc à l’intérieur de la Voie lactée), environ 100 millions d’années avant la formation de la Terre, lorsque le nuage de gaz qui est devenu le système solaire était encore en cours de coalescence.
“Si un événement comparable se produisait aujourd’hui à une distance similaire du système solaire, le rayonnement qui en résulterait pourrait éclipser tout le ciel nocturne”, a déclaré Márka.
D’après leurs recherches, cet événement a pulvérisé des éléments dans l’espace environnant, contribuant à 70 % du curium et à 40 % du plutonium du système solaire primitif. En raison de la désintégration radioactive, il en reste beaucoup moins aujourd’hui, 4,6 milliards d’années plus tard.
Et il n’a pas pu s’agir d’une supernova, ont-ils constaté – elles se produisent beaucoup trop souvent, ce qui place les abondances d’actinides qu’elles produiraient au-delà des contraintes définies par les météorites.
Selon les chercheurs, ce résultat peut nous éclairer sur les processus qui ont façonné le système solaire. Et il a également une certaine importance existentielle.
“Nos résultats répondent à une quête fondamentale de l’humanité : D’où venons-nous et où allons-nous ?” A déclaré Márka.
“Il est très difficile de décrire les émotions énormes que nous avons ressenties lorsque nous avons réalisé ce que nous avions trouvé et ce que cela signifie pour l’avenir alors que nous cherchons une explication de notre place dans l’Univers.”
Les recherches ont été publiées dans la revue Nature.