Notre système solaire, et donc la Terre et tout ce qu’elle contient (y compris nous-mêmes), serait composé d’atomes qui proviennent d’étoiles mortes avant la naissance de notre soleil. Ces atomes à l’origine de notre système solaire constituent ce que les scientifiques appellent la poussière d’étoiles. Toutefois, la manière dont se forme cette poussière d’étoiles, et surtout comment elle se transforme restent un mystère encore aujourd’hui.
Mais des scientifiques de l’Université de l’Arizona viennent de faire une découverte qui pourrait aider à mieux comprendre l’origine de la poussière d’étoiles.
Une anomalie intrigante dans la constitution de la nébuleuse K4-47
En mourant, les étoiles dispersent dans le cosmos des éléments qui finissent par fusionner pour former de nouvelles étoiles, planètes, astéroïdes et comètes. Ces éléments sont notamment l’oxygène, l’azote, le carbone et le silicium. On les retrouve dans la plupart des éléments qui constituent la Terre, ils sont même à la base de la vie elle-même.
Cependant, les météorites contiennent généralement des traces d’un type particulier de poussière d’étoiles que jusqu’à présent on croyait issu d’événements de mort stellaire exceptionnellement violents appelés novae ou supernovae.
Le problème c’est que ces évènements sont trop rares pour expliquer l’abondance de ce type de poussière d’étoiles dans les météorites.
En se servant de radiotélescopes en Arizona et en Espagne, des chercheurs de l’Université de l’Arizona (UA) ont pu observer des nuages de gaz au sein de la jeune nébuleuse planétaire K4-47, un énigmatique objet céleste situé à environ 15 000 années-lumière de la Terre. K4-47 est un vestige stellaire, classé comme une nébuleuse. Et les astronomes pensent qu’elle est née après qu’une étoile semblable à notre soleil ait versé une partie de sa matière dans un amas de gaz volatile avant de finir sa vie en tant que naine blanche.
Mais les chercheurs ont été surpris de découvrir que certains des éléments qui composent la nébuleuse, à savoir l’oxygène, l’azote et le carbone, sont très riches en certaines variantes de ces éléments, appelés isotopes lourds d’oxygène d’azote et de carbone, ou 17O, 15N, et 13C, respectivement. On trouve ces isotopes en abondance dans certaines particules de météorite, tandis qu’ils sont rares dans notre système solaire. Ils sont différents de leurs formes les plus courantes en contenant un neutron supplémentaire à l’intérieur de leur noyau.
D’où viennent ces isotopes lourds ?
Pour qu’un neutron supplémentaire puisse fusionner avec un noyau atomique, il faut des températures extrêmes dépassant les 200 millions de degrés Fahrenheit (soit environ 111 millions de degrés Celsius).
Les chercheurs ont donc concluent que ces isotopes ne pouvaient s’être formés qu’au cours d’une novae (des explosions d’énergie violentes dans des systèmes stellaires binaires vieillissants) ou d’une supernovae (au cours de laquelle une étoile se fragmente à la suite d’une explosion cataclysmique).
Sauf que “les modèles invoquant uniquement les novae et les supernovae ne pourraient jamais prendre en compte les quantités de 15N et de 17O observées dans les échantillons de météorites”, a déclaré le professeur Lucy Ziurys, auteure principale du rapport d’étude, publié dans le numéro de la revue Nature du 20 décembre 2018. “Le fait que nous trouvions ces isotopes dans K4-47 nous indique que nous n’avons pas besoin d’étranges étoiles exotiques pour expliquer leur origine. Il s’avère que des étoiles ordinaires sont capables de les produire également.”
L’équipe suggère que les isotopes lourds ne sont pas créés au cours d’événements explosifs cataclysmiques, mais qu’ils pourraient être produits lorsqu’une étoile de taille moyenne, comme notre soleil, devient instable vers la fin de sa vie et subit ce qu’on appelle un flash de l’hélium, au cours duquel de l’hélium super chaud se trouvant dans le noyau de l’étoile pulvérise l’enveloppe supérieure d’hydrogène pour se propulser à l’extérieur.
“Ce processus, au cours duquel le matériau doit être expulsé et refroidi rapidement, produit des 13C, 15N et 17O”, explique le professeur Ziurys. “Un flash de l’hélium ne déchire pas l’étoile comme le fait une supernova. Cela ressemble plutôt à une éruption stellaire.” Ces résultats sont déterminants dans l’identification de la poussière d’étoiles et la compréhension de la façon dont les étoiles créent des éléments comme le carbone, l’azote et l’oxygène, affirment les chercheurs.
De nouvelles perspectives pour comprendre l’origine du système solaire
Pour arriver à cette découverte importante sur l’origine de la poussière d’étoiles, l’équipe de scientifiques a utilisé des radiotélescopes de l’Observatoire Radio de l’Arizona et de l’Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) pour observer les spectres de rotation émis par les molécules de la nébuleuse K4-47, qui donnent des indices sur leur identité et leur distribution en masse. Cela a également été rendu possible grâce à une collaboration entre des disciplines scientifiques relativement distinctes, à savoir l’astronomie et la cosmochimie.
“Lorsque Lucy et moi avons commencé à collaborer sur ce projet, nous avons réalisé que nous pouvions réunir ce que nous avons trouvé dans les météorites et ce que nous observons dans l’espace”, a déclaré Tom Zega, co-auteur de l’étude et professeur agrégé de cosmochimie, de matériaux planétaires et d’astrobiologie au sein du Lunar and Planetary Laboratory de l’Université de l’Arizona.
Les chercheurs attendent maintenant avec impatience les nouvelles découvertes qui résulteront de la mission OSIRIS-REx de la NASA, dirigée par l’Université de l’Arizona. La sonde spatiale a déjà atteint son astéroïde cible, Bennu, dont elle pourra recueillir des échantillons dès 2020. La mission OSIRIS-REx vise notamment à apporter des réponses sur l’évolution de Bennu et l’origine du système solaire.