Au début, il y avait de l’hydrogène et de l’hélium. À part quelques traces de choses comme le lithium, c’est tout ce que le big bang a produit. Tout autre que ces deux éléments a été en grande partie produit par des processus astrophysiques plutôt que cosmologiques. Les éléments que nous voyons autour de nous, ceux qui nous composent, se sont principalement formés au cœur des étoiles. Ils ont été créés dans la fournaise des noyaux stellaires, puis jetés dans l’espace lorsque l’étoile est morte. Mais il y a quelques éléments qui sont créés différemment. Le plus courant est l’or.
Alors que l’or peut être produit dans un noyau stellaire, l’or que nous avons sur Terre n’a pas été produit de cette façon. L’or est un élément très lourd, donc quand une étoile explose, la plupart de l’or reste dans le noyau. Alors d’où vient notre or ? Collisions d’étoiles à neutrons. Lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision, elles se déchirent création d’un kilonova. Toute cette matière nucléaire dans les étoiles à neutrons est libérée du poids écrasant de la gravité et se transforme rapidement en éléments tels que l’or. Nous le savons parce que la quantité d’or que nous voyons dans la galaxie correspond au taux de collisions d’étoiles à neutrons.
Depuis un certain temps, les astronomes supposent que les collisions d’étoiles à neutrons sont également la principale source d’autres éléments lourds, en particulier la série des lanthanides, également connue sous le nom de éléments de terres rares. Mais ce n’était qu’une théorie. Nous n’avons pas une bonne mesure de l’abondance cosmique des éléments de terres rares, c’est donc une idée difficile à prouver. Mais cela a changé, grâce à une étude récente.
En 2017, les observatoires d’ondes gravitationnelles ont capturé un événement connu sous le nom de GW170817. Contrairement aux événements gravitationnels qui étaient la fusion de deux trous noirs, celui-ci était une fusion de deux étoiles à neutrons. La kilonova résultante a été observée par 70 observatoires à travers le monde, ce qui en fait la première grande observation multi-messagers, combinant des données recueillies à partir d’ondes électromagnétiques et gravitationnelles. Certaines des observations électromagnétiques comprenaient des données de raies spectrales, donc en principe, nous devrions être en mesure d’identifier quels éléments ont été formés par la collision.
C’est assez facile pour les éléments légers mais plus difficile pour les plus lourds. Dans cette étude, l’équipe a exécuté des simulations sur superordinateur d’explosions de kilonova, calculant où les lignes d’absorption devraient apparaître en fonction de différents éléments. Lorsqu’ils ont comparé leurs calculs aux spectres observés de GW170817, ils ont pu identifier plusieurs éléments de terres rares, notamment le strontium, le lanthane et le cérium. C’est la première fois que ces éléments sont confirmés comme sous-produits d’une fusion d’étoiles à neutrons.
Ce n’est que la première observation multi-messagers d’étoiles à neutrons en collision. Avec le temps, nous en aurons plusieurs autres, et cela donnera à cette équipe et à d’autres une chance de découvrir encore plus d’éléments de terres rares dans les débris.
Référence: Domoto, Nanae, et al.Caractéristiques des lanthanides dans le spectre proche infrarouge de Kilonovae.” Le Journal Astrophysique 939.1 (2022): 8.
