Cienciaes.com : Comment les étoiles créent le plomb-204. Nous avons parlé avec Adrià Casanovas.

Imaginons un voyage dans l’espace interstellaire, observant les étoiles comme d’énormes usines où se forgent les éléments chimiques qui composent toute la matière que nous connaissons. Depuis le début de l’univers, les forges stellaires convertissent les plus petits atomes, principalement l’hydrogène et l’hélium, en atomes de plus en plus lourds. Et ils ne se sont pas seulement limités à les créer, ils les ont également diffusés dans tout le Cosmos. Ainsi, peu à peu, l’univers s’est enrichi de carbone, d’oxygène, d’azote, de fer et de toute la variété d’atomes qui composent aujourd’hui nous tous et notre petit monde habité.

Chaque atome a sa propre histoire et des chercheurs comme Adriá Casanovas, notre invité de Talking with Scientists, s’efforcent de découvrir les étapes par lesquelles les étoiles ont écrit cette histoire. Adriá s’est concentré sur l’étude de la création d’un atome très lourd et spécial dont la formation a longtemps intrigué les scientifiques : le plomb 204, un type d’atome clé pour comprendre l’origine et l’évolution de notre galaxie et du système solaire.

Le plomb 204 provient de processus nucléaires qui se déroulent dans les étoiles géantes (AGB), qui sont de véritables usines à atomes. En leur sein, des atomes plus lourds que le fer sont produits par un processus appelé « processus s ». Ce processus consiste en ce que les plus petits atomes piégent les neutrons, un par un, très lentement (c’est pourquoi on l’appelle « lent » ou « s »).

Les neutrons, avec les protons, sont les principaux composants des noyaux des atomes, chaque atome du tableau périodique possède un certain nombre de protons, l’hydrogène en a un, l’hélium, 2, et ainsi on monte en taille, le Plomb est classé 82ème , car son noyau contient 82 protons. Or, les protons seuls ne peuvent pas coexister, ils ont besoin de la présence de neutrons pour agir comme de la colle nucléaire. Ainsi, si un noyau de plomb contient également 122 neutrons, l’atome résultant en aura, en ajoutant les protons et les neutrons, un total de 204, d’où le nom de « Plomb 204 ».

Lorsque les atomes piègent suffisamment de neutrons, ils peuvent souffrir d’une sorte d’« indigestion nucléaire » et se transformer en de nouveaux atomes. Mais tous les atomes ne sont pas faciles à créer. Le plomb 204 est l’un des atomes les plus complexes car il doit suivre un chemin spécial. Ce chemin inclut un autre atome appelé thallium-204. Bien que le nombre soit le même, le thallium contient un proton de moins (81) et un neutron de plus (123) que le plomb 204. Curieusement, cette proportion n’est pas très stable et a tendance à changer, devenant une sorte de « pont » vers les autres. atomes. Ainsi, on dit que le thallium 204 est radioactif et a une demi-vie de 3,78 ans, ce qui signifie que pendant ce temps, la moitié des atomes d’un échantillon de thallium 204 auront été convertis en d’autres atomes.

Pendant longtemps, les scientifiques ont essayé de comprendre quelle quantité de plomb les étoiles 204 pouvaient produire, mais quelque chose n’a pas fonctionné. Les modèles et simulations qu’ils ont réalisés ne pouvaient pas expliquer pourquoi il y avait autant de plomb 204 dans notre système solaire.

C’est le problème qu’Adriá Casanovas a tenté de résoudre au cours de sa thèse de doctorat. Ce n’était pas un problème facile à résoudre car la collaboration de nombreux autres chercheurs de différentes institutions en Espagne et dans le reste de l’Europe était nécessaire. Pour étudier comment le plomb 204 se forme dans les étoiles, il a fallu recréer les éléments initiaux et les conditions qui y règnent, ce qui n’est pas une tâche facile. Ils ont d’abord dû fabriquer une petite quantité de thallium-204 dans un autre laboratoire, car cet atome n’est pas facile à trouver. Pour y parvenir, le groupe de recherche de IFIC et l’Université Polytechnique de Catalogne (CUP), dont Adriá était membre, a contacté des chercheurs de l’Institut Paul-Scherrer (psi) en Suisse et avec le réacteur à haut flux de Grenoble à l’Institut Laue-Langevin (JE VAIS) en France pour créer un échantillon de Thallium-204 suffisamment grand pour être utilisé.

Une fois l’échantillon obtenu, il a fallu que le laboratoire d’expérimentation neutronique n_TOF entre en jeu. CERNsitué à Genève (Suisse), dans ce laboratoire, ils ont réussi à mesurer quelque chose que personne n’avait fait auparavant : comment le thallium-204 piège les neutrons.

Grâce à ces expériences, les scientifiques ont découvert exactement la quantité « d’énergie » dont le thallium-204 a besoin pour piéger les neutrons et comment cela leur permet de calculer la quantité de plomb-204 générée dans les processus stellaires. Grâce à ces nouvelles données, ils ont pu ajuster leurs modèles et fournir les preuves expérimentales nécessaires à la compréhension du processus.

Cette découverte est très intéressante car elle nous aide à mieux comprendre comment se forment les atomes lourds dans l’univers. De plus, le plomb 204 est spécial car il nous raconte des histoires sur le passé de notre système solaire. C’est comme si je tenais un ancien journal qui nous raconte à quoi ressemblaient les choses il y a des milliards d’années et comment se sont formés les éléments chimiques qui nous forment aujourd’hui et le reste des objets qui nous entourent. Ainsi, grâce aux efforts d’un grand groupe de chercheurs et au travail d’Adrià Casanovas, chaque fois que nous regardons le ciel étoilé, nous pouvons voir les étoiles, non seulement comme des sources de lumière lointaine, mais comme des ateliers où les atomes qui fabriquent sur notre planète sont forgés le monde et l’univers entier.

Adrià Casanovas Hoste est chercheuse postdoctorale à l’Université Polytechnique de Catalogne.

Référence:

A. Casanovas-Hoste et al. (Collaboration n_TOF). Faire la lumière sur l’origine du 204Pb, l’isotope le plus lourd du système solaire. Phys. Le révérend Lett. 133, 052702.