Des astronomes ont pu observer une étoile entièrement dépouillée de ses couches externes. Une occasion unique de voir ce qui se déroule dans le cœur des astres, là où naissent les éléments les plus lourds de l’Univers.
Les étoiles massives sont subdivisées en plusieurs couches, mais qu’y a-t-il au centre ? Une question dont une partie de la réponse peut être trouvée après une découverte majeure décrite dans une étude parue le 20 août dans Nature.
Des chercheurs, dont les travaux sont décrits dans The Conversation, ont observé une supernova nommée SN 2021yfj et qui a une particularité : l’étoile au centre est complètement « nue ». Ce qui est une occasion parfaite pour voir ce qui se cache dessous.
Rentrer dans les usines à éléments
La théorie est la suivante : les étoiles possèdent les éléments les plus légers, comme l’hydrogène, dans les couches externes. Mais, plus on entre à l’intérieur, plus on décèle des éléments lourds. D’abord l’hélium et le carbone, puis l’oxygène et le silicium et, enfin, le fer. Entre chaque strate, il y a un phénomène de fusion nucléaire à travers lequel les éléments deviennent de plus en plus lourds et s’enfoncent vers le centre de l’étoile.
Or, pour observer ce centre, il faudrait pouvoir pénétrer ces différentes couches. Impossible… Sauf si toutes les couches externes sont dispersées !
C’est justement ce qui s’est passé avec SN 2021yfj. Lors de l’explosion en supernova, le cœur de fer de l’étoile, soumis à une pression et à une température extrêmes, a entamé le processus de fusion nucléaire. Or, faute d’éléments plus lourds pouvant accueillir cette énergie, le cœur s’effondre sur lui-même.
Mais avant de se transformer d’atteindre cette phase, et de se transformer en étoile à neutron, voire en trou noir, le cœur expulse l’énergie et la matière autour de lui — en l’espèce, ce sont les couches externes qui sont éjectées.
Dans une supernova classique, cet évènement est l’occasion parfaite pour observer ce qui se cache sous la couche d’hydrogène externe. Il est alors possible de distinguer la couche d’hélium, voire celle de carbone si une grande quantité de matière est expulsée.
Les couches internes sont beaucoup plus proches du cœur de l’étoile. Elles sont extrêmement jeunes, quelques centaines d’années tout au plus, et n’ont pas eu le temps de s’écarter du centre.
Une occasion rare de voir les atomes là où ils sont nés
Mais dans le cas de SN 2021yfj, c’est un peu particulier. L’étoile a dégagé tellement de matière qu’il était possible d’apercevoir la couche de silicium entourant le cœur. Il s’agit du dernier niveau d’éléments avant d’atteindre le fer, et il se forme en quelques mois à peine. Dans ce cas, les vents stellaires ont été si puissants que toutes les autres couches ont été expulsées, ne laissant que le silicium dans le voisinage de l’étoile.
Les causes de ce comportement ne sont pas encore connues. L’explication la plus probable est qu’il y avait une autre étoile tout proche de celle-ci. Sa force de gravitation a entraîné la matière externe avec une efficacité sans pareil.
SN 2021yfj est donc une occasion unique d’observer une étoile entièrement dépouillée… Et en conséquence de comprendre comment se forment les éléments. Par extension, cela offre des perspectives pour comprendre la manière dont se forment tous les atomes qui font que nous, la Terre, les planètes, les étoiles et l’Univers existent !
Remonter aux débuts de l’Univers
Vaste programme, et tout commence dans le cœur des étoiles. C’est là que, via la fusion nucléaire, sont créés le carbone et l’azote, dans des astres de taille moyenne similaires au Soleil.
Dans les étoiles massives, on trouve les éléments plus lourds produits grâce à une pression et une température supérieures, et qui sont ensuite diffusés dans l’espace lors des supernovas. Une explosion comme celle de SN 2021yfj est donc un rare cas où nous voyons ces éléments là où ils sont produits, et pas déjà dispersés ailleurs, ce qui est crucial pour retracer l’histoire de la formation de l’Univers.
Lors des premières centaines de millions d’années après le Big Bang, les étoiles étaient différentes, plus massives et avec des durées d’existence plus courtes. Les chercheurs espèrent trouver d’autres supernovas semblable à SN 2021yfj pour mieux comprendre comment sont créés ces atomes lourds qui ont ensuite essaimé à travers l’Univers.
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