Sommes-nous faits de poussières d'étoiles ? Ici, la région de formation stellaire NGC 3603. Ces centaines d’étoiles nouveau-nées ont agrégé le gaz et la poussière qui les entourent comme l’a fait notre Soleil il y a 4,6 milliards d’années. © Nasa, ESA, Hubble Heritage (STScI/AURA)

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Sommes-nous faits de poussières d'étoiles ?

Question/RéponseClassé sous :astrophysique , Astronomie , astronomie nébuleuse

Vous avez sans doute déjà entendu l'expression « nous sommes faits de poussières d'étoiles »... S'agit-il d'un mythe ou de la réalité ? Une équipe d'astronomes, partie sur les traces de ces poussières, est remontée jusqu'à leurs sources. Pas de doutes, 97 % de nos milliards de milliards d'atomes proviennent bien du cosmos.

L'expression « poussières d'étoiles », reprise par Hubert Reeves pour le titre de l'un de ses plus célèbres livres, est à l'origine de Carl Sagan. Dans sa série Cosmos, l'astrobiologiste déclarait « l'azote dans notre ADN, le calcium de nos dents, le fer dans le sang, le carbone dans nos tartes aux pommes ont été faits à l'intérieur d'étoiles qui se sont effondrées. Nous sommes faits de poussières d'étoiles ».

En effet, comme le montrent encore de récentes recherches sur la généalogie de la matière qui nous compose, nous tous, ce qui inclut évidemment tous les êtres vivants (et aussi tout ce qui nous entoure, la planète elle-même ainsi que tous les autres corps du Système solaire), sommes constitués d'atomes forgés à travers différents évènements cosmiques qui ont jalonné les 13,8 milliards d'années d'histoire de l'univers.

Pour voir plus clair quant aux différents processus qui ont façonné les atomes qui nous entourent (et dans quelle mesure), Jennifer A. Johnson, de l'université de l'Ohio, a eu l'idée de revisiter le fameux tableau périodique des éléments chimiques. Beaucoup d'entre eux ont, il est vrai, une genèse stellaire, mais, dans son adaptation, l'astronome attire l'attention sur les différentes conditions requises pour les produire.

De quelles étoiles viennent notre carbone, notre fer, notre azote, etc. ? Jennifer Johnsonpropose une nouvelle lecture du tableau périodique afin d’y voir plus clair. L’astronome a retracé la source pour la plupart des éléments chimiques car oui, ceux-ci ont été produits dans des conditions différentes. Alors, d'où viennent-ils ? En bleu foncé : du Big Bang ; en orange : de la fusion d’étoiles à neutrons ; en jaune : de la mort d’étoiles peu massives; en rose :des rayonnements cosmiques; en vert :d'étoiles massives qui explosent en supernovae; en bleu clair :d'explosionsde naines blanches.© Jennifer Johnson

Supernovae, explosions de naines blanches : d'où viennent nos atomes ?

En effet, l'alchimie n'est pas la même selon les conditions de production. Les éléments peuvent ainsi provenir :

  • du  Big Bang (en bleu foncé dans le tableau ci-dessus) en ce qui concerne l'hydrogène (H) et une grosse partie de l'hélium (He). Très abondants dans le cosmos, ceux-ci sont la matière première des autres éléments du tableau périodique, lesquels n'ont pu être créés par la suite que dans le chaudron des étoiles plus ou moins massives.

  • d'étoiles massives qui explosent en supernovae, un processus violent (en vert dans le tableau ci-dessus) qui signe par exemple l'oxygène (O), le sodium (Na), le fluor (F), le magnésium (Mg), le néon (Ne).

  • de la mort d'étoiles beaucoup moins massives (en jaune dans le tableau ci-dessus), comme le Soleil. Celles-ci, en expirant doucement après une existence de plusieurs milliards d'années, sont la source d'une grande partie du carbone (C), de l'azote (N), du lithium (Li), etc. que nous renfermons dans notre corps.

  • d'explosions de naines blanches (en bleu clair dans le tableau ci-dessus), qui sont responsables en majorité du fer (Fe), du chrome (Cr), du vanadium (V), du cuivre (Cu) ou encore du zinc (Zn).

  • de la fusion d'étoiles à neutrons (en orange dans le tableau), très compactes, ce qui a principalement généré des éléments comme le bismuth (Bi), le polonium (Po), le radon (Rn), le francium (Fr) et environ la moitié de ruthénium (Ru), du cadmium (Cd), de l'antimoine (Sb), de tellure (Te), de tantale (Ta), de tungstène (W), etc.

  • des rayonnements cosmiques (en rose dans le tableau), ce qui est moins fréquent. Cela concerne tout le bore (B), le béryllium (Be) que nous trouvons dans le Système solaire et aussi une petite partie du lithium (Li).

Tous nos atomes sont à 97 % d'origine stellaire

Alors, d'où proviennent les quelque 7 milliards de milliards de milliards d'atomes (7×1027 atomes) qui nous composent ? de combien de supernovae différentes, de fusions d'étoiles à neutrons, de rayons cosmiques venus de l'autre bout de la Voie lactée et au-delà ? Brassés dans notre galaxie, au fil de ses rotations et aussi de ses fusions (nombreuses) avec d'autres, qui ont commencé il y a plus de 13 milliards d'années, ces atomes ont donc de multiples provenances.

Ils se sont formés il y a plus ou moins longtemps à des endroits plus ou moins éloignés du nuage moléculaire où ils se sont retrouvés piégés et qui a donné naissance à notre Soleil, il y a 4,6 milliards d'années (ce nuage s'est constitué par effondrement de la matière après l'explosion d'une supernova... Un évènement parent de notre Système solaire baptisé Coatlicue).

Les éléments indispensables à la chimie de la vie sont au centre de la galaxie

Avec plusieurs collègues du sondage SDSS, Jennifer Johnson a cosigné une étude confirmant que tous nos atomes sont à 97 % d'origine stellaire. « Grâce à ces données, nous pouvons déterminer quand et où la vie a eu les éléments nécessaires pour émerger dans notre galaxie », a-t-elle par ailleurs déclaré.

C'est ainsi au centre de la Voie lactée que les éléments indispensables à la chimie de la vie générés par des étoiles comme notre Soleil sont le plus concentrés. « Nous disposons maintenant d'une frise temporelle des zones habitables de la Voie lactée. »

Interview : quelle est l'origine des atomes ?  Les atomes sont présents tout autour de nous. Ces infimes fragments de matière forment les planètes, les objets, les êtres vivants, etc. Cependant, ils n’ont pas toujours existé sous cette forme. À l'occasion des 70 ans du CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives), Futura-Sciences a interviewé Roland Lehoucq, astrophysicien, afin qu’il nous parle de la naissance des atomes au sein des étoiles.