Des scientifiques ont découvert un nouveau type d’explosion spatiale, 10 fois plus énergétique qu’une supernova

Des scientifiques ont découvert un nouveau type d'explosion spatiale, 10 fois plus énergétique qu'une supernova

Jusqu’à récemment, on pensait que les fusions d’étoiles à neutrons étaient le seul moyen de produire des éléments lourds (plus lourds que le zinc). Ces fusions impliquent le mélange des restes de deux étoiles massives dans un système binaire.

Mais nous savons que les éléments lourds ont été produits pour la première fois peu de temps après le Big Bang, lorsque l’Univers était vraiment jeune. À l’époque, peu de temps s’était écoulé pour que des fusions d’étoiles à neutrons aient même eu lieu. Ainsi, une autre source était nécessaire pour expliquer la présence d’éléments lourds précoces dans la Voie lactée.

La découverte d’une ancienne étoile SMSS J2003-1142 dans le halo de la Voie lactée – qui est la région à peu près sphérique qui entoure la galaxie – fournit la première preuve d’une autre source d’éléments lourds, y compris l’uranium et peut-être l’or.

Dans la recherche publiée dans Nature, il montre que les éléments lourds détectés dans SMSS J2003-1142 ont probablement été produits, non pas par une fusion d’étoiles à neutrons, mais par l’effondrement et l’explosion d’une étoile en rotation rapide avec un champ magnétique puissant et une masse d’environ 25 fois celui du Soleil.

Cet événement d’explosion est appelé “hypernova magnéto-rotationnelle”.

Alchimie stellaire

Il a été récemment confirmé que les fusions d’étoiles à neutrons sont en effet une source d’éléments lourds dans notre galaxie. Comme son nom l’indique, c’est lorsque deux étoiles à neutrons dans un système binaire fusionnent dans un événement énergétique appelé “kilonova”. Ce processus produit des éléments lourds.

Cependant, les modèles existants de l’évolution chimique de notre galaxie indiquent que les fusions d’étoiles à neutrons à elles seules n’auraient pas pu produire les modèles spécifiques d’éléments que nous voyons dans plusieurs étoiles anciennes, y compris SMSS J2003-1142.

Une relique de l’univers primitif

Le SMSS J2003-1142 a été observé pour la première fois en 2016 depuis l’Australie, puis à nouveau en septembre 2019 à l’aide d’un télescope de l’Observatoire européen austral au Chili.

A partir de ces observations, nous avons étudié la composition chimique de l’étoile. Notre analyse a révélé une teneur en fer environ 3 000 fois inférieure à celle du Soleil. En d’autres termes, SMSS J2003-1142 est chimiquement primitif.

Les éléments observés ont probablement été produits par une seule étoile mère, juste après le Big Bang.

Signatures d’une étoile en rotation rapide effondrée

La composition chimique de SMSS J2003-1142 peut révéler la nature et les propriétés de son étoile mère. Ses quantités inhabituellement élevées d’azote, de zinc et d’éléments lourds, dont l’europium et l’uranium, sont particulièrement importantes.

Les niveaux élevés d’azote dans SMSS J2003-1142 indiquent que l’étoile mère avait une rotation rapide, tandis que les niveaux élevés de zinc indiquent que l’énergie de l’explosion était environ dix fois celle d’une supernova « normale », ce qui signifie qu’il s’agirait d’une hypernova. De plus, de grandes quantités d’uranium auraient nécessité la présence de beaucoup de neutrons.

Les éléments lourds que nous pouvons observer dans le SMSS J2003-1142 aujourd’hui sont autant de preuves que cette étoile a été produite à la suite d’une explosion précoce d’hypernova magnétorotationnelle.

Et notre travail a donc fourni la première preuve que les événements d’hypernova magnétorotationnelle sont une source d’éléments lourds dans notre galaxie (à côté des fusions d’étoiles à neutrons).

Qu’en est-il des fusions d’étoiles à neutrons ?

Mais comment savons-nous que ce ne sont pas seulement les fusions d’étoiles à neutrons qui ont conduit aux éléments particuliers que nous trouvons dans SMSS J2003-1142 ? Il y a plusieurs raisons à cela.

Dans notre hypothèse, une seule étoile parente aurait fait tous les éléments observés dans SMSS J2003-1142. D’un autre côté, il aurait fallu beaucoup, beaucoup plus de temps pour que les mêmes éléments soient fabriqués uniquement par des fusions d’étoiles à neutrons. Mais cette époque n’aurait même pas existé si tôt dans la formation de la galaxie lorsque ces éléments ont été fabriqués.

De plus, les fusions d’étoiles à neutrons ne produisent que des éléments lourds, de sorte que des sources supplémentaires telles que la supernova régulière auraient dû se produire pour expliquer d’autres éléments lourds, tels que le calcium, observés dans SMSS J2003-1142. Ce scénario, bien que possible, est plus compliqué et donc moins probable.

Le modèle d’hypernovae magnéto-rotationnelles fournit non seulement un meilleur ajustement aux données, il peut également expliquer la composition du SMSS J2003-1142 à travers un seul événement. Il pourrait s’agir de fusions d’étoiles à neutrons, ainsi que de supernovas magnéto-rotatives, qui pourraient à l’unisson expliquer comment tous les éléments lourds de la Voie lactée ont été créés.

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