Deux étoiles à neutrons se sont écrasées et ont secoué l'univers, déclenchant une explosion épique appelée une "kilonova" qui a craché beaucoup de matière ultra-dense et ultra-chaude dans l'espace. Maintenant, les astronomes ont rapporté les preuves les plus concluantes à ce jour qu'au lendemain de cette explosion, un élément de chaînon manquant s'est formé qui pourrait aider à expliquer une chimie confuse de l'univers.
Lorsque cette secousse - ondulations dans le tissu même de l'espace-temps, appelées ondes gravitationnelles - a atteint la Terre en 2017, elle a déclenché des détecteurs d'ondes gravitationnelles et est devenue la première collision d'étoiles à neutrons jamais détectée. Immédiatement, des télescopes du monde entier se sont retournés pour étudier la lumière du kilonova résultant. Maintenant, les données de ces télescopes ont révélé de fortes preuves de tourbillon de strontium dans la matière expulsée, un élément lourd avec une histoire cosmique qui était difficile à expliquer étant donné tout ce que les astronomes savent sur l'univers.
La terre et l'espace sont jonchés d'éléments chimiques de différentes sortes. Certains sont faciles à expliquer; l'hydrogène, constitué sous sa forme la plus simple d'un seul proton, a existé peu après le Big Bang lorsque les particules subatomiques ont commencé à se former. L'hélium, avec deux protons, est également assez facile à expliquer. Notre soleil le produit tout le temps, brisant ensemble des atomes d'hydrogène par fusion nucléaire dans son ventre chaud et dense. Mais les éléments plus lourds comme le strontium sont plus difficiles à expliquer. Pendant longtemps, les physiciens ont pensé que ces éléments lourds se sont principalement formés lors de supernovas - comme kilonova mais à plus petite échelle et résultant de l'explosion d'étoiles massives à la fin de leur vie. Mais il est devenu clair que les supernovas ne peuvent à elles seules expliquer le nombre d'éléments lourds dans l'univers.
Le strontium apparaissant au lendemain de cette première collision neutron-étoile détectée pourrait aider à confirmer une théorie alternative, selon laquelle ces collisions entre des objets ultradenses beaucoup plus petits produisent en fait la plupart des éléments lourds que nous trouvons sur Terre.
La physique n'a pas besoin de supernovas ou de fusions d'étoiles à neutrons pour expliquer chaque gros atome autour. Notre soleil est relativement jeune et léger, il fusionne donc principalement l'hydrogène en hélium. Mais les étoiles plus grandes et plus âgées peuvent fusionner des éléments aussi lourds que le fer avec ses 26 protons, selon la NASA. Cependant, aucune étoile ne devient suffisamment chaude ou dense avant les derniers instants de sa vie pour produire des éléments entre le cobalt à 27 protons et l'uranium à 92 protons.
Et pourtant, nous trouvons tout le temps des éléments plus lourds sur Terre, comme le note une paire de physiciens dans un article de 2018 publié dans la revue Nature. Ainsi, le mystère.
Environ la moitié de ces éléments extra-lourds, y compris le strontium, sont formés par un processus appelé «capture rapide de neutrons» ou le «processus r» - une série de réactions nucléaires qui se produisent dans des conditions extrêmes et peuvent former des atomes avec des noyaux denses chargés avec des protons et des neutrons. Mais les scientifiques n'ont pas encore compris quels systèmes dans l'univers sont suffisamment extrêmes pour produire le volume des éléments du processus r vu dans notre monde.
Certains avaient suggéré que les supernovas étaient le coupable. "Jusqu'à récemment, les astrophysiciens ont prudemment affirmé que les isotopes formés lors d'événements de processus r provenaient principalement de supernovae d'effondrement du noyau", ont écrit les auteurs de Nature en 2018.
Voici comment cette idée de supernova fonctionnerait: les étoiles détonantes et mourantes créent des températures et des pressions au-delà de tout ce qu'elles ont produit dans la vie et crachent des matériaux complexes dans l'univers en de brefs éclairs violents. Cela fait partie de l'histoire que Carl Sagan racontait dans les années 1980, quand il a dit que nous sommes tous faits de "trucs d'étoiles".
Des travaux théoriques récents, selon les auteurs de cet article de Nature 2018, ont montré que les supernovas pourraient ne pas produire suffisamment de matériaux de processus r pour expliquer leur prépondérance dans l'univers.
Entrez dans les étoiles à neutrons. Les cadavres superdenses qui restent après quelques supernovas (surpassés uniquement par des trous noirs en masse par pouce cube) sont minuscules en termes stellaires, proches en taille des villes américaines. Mais ils peuvent l'emporter sur les étoiles de taille normale. Lorsqu'elles claquent ensemble, les explosions qui en résultent secouent le tissu de l'espace-temps plus intensément que tout événement autre que la collision de trous noirs.
Et dans ces fusions furieuses, les astronomes ont commencé à soupçonner que suffisamment d'éléments du processus r pourraient se former pour expliquer leur nombre.
Les premières études sur la lumière de la collision de 2017 ont suggéré que cette théorie était correcte. Les astronomes ont vu des preuves d'or et d'uranium dans la façon dont la lumière filtrait à travers le matériau de l'explosion, comme le rapportait Live Science à l'époque, mais les données étaient encore floues.
Un nouvel article publié hier (23 octobre) dans la revue Nature offre la confirmation la plus ferme de ces premiers rapports.
"Nous avons en fait eu l'idée que nous pourrions voir du strontium assez rapidement après l'événement. Cependant, montrer que c'était manifestement le cas s'est avéré être très difficile", a expliqué l'auteur de l'étude Jonatan Selsing, astronome à l'Université de Copenhague, dit dans un communiqué.
Les astronomes n'étaient pas sûrs à l'époque à quoi ressembleraient les éléments lourds dans l'espace. Mais ils ont ré-analysé les données de 2017. Et cette fois, avec plus de temps pour travailler sur le problème, ils ont trouvé une "caractéristique forte" à la lumière de la kilonova qui pointe directement vers le strontium - une signature du processus r et des preuves que d'autres éléments se sont probablement formés là-bas comme eh bien, ils ont écrit dans leur journal.
Au fil du temps, une partie de la matière de cette kilonova se rendra probablement dans la galaxie et fera peut-être partie d'autres étoiles ou planètes, ont-ils déclaré. Peut-être qu'à terme, cela amènera les futurs physiciens extraterrestres à regarder dans le ciel et à se demander d'où viennent toutes ces choses lourdes sur leur monde.
