Les étoiles de huit à une centaine de masses solaires sont classées dans les types spectraux O et B. Dans des amas ouverts d'étoiles, elles forment des groupes nommés associations OB et sont destinées à devenir des supernovae. Leurs explosions donneront une superbulle dans le milieu interstellaire, une cavité très chaude et très étendue, sur plusieurs centaines d'années-lumière, comme cette superbulle N44, dans le Grand Nuage de Magellan. © Travis Rector, université d'Anchorage.

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Le souffle radioactif d'une supernova a-t-il tué le Mégalodon, le mythique requin géant?

ActualitéClassé sous :Astronomie , Supernova , Rayon cosmique

Il y a entre deux et trois millions d'années, environ un tiers des grandes espèces d'animaux marins disparaissent au moment où une ou plusieurs supernovae se sont produites non loin du Soleil dans la Voie lactée. L'extinction est peut-être due à l'intense flux de muons qui aurait alors frappé la surface de la Terre.

En 1999, un groupe de chercheurs allemands a constaté une étonnante anomalie géochimique dans des carottes prélevées au fond de l'océan Pacifique. Elles étaient beaucoup trop riches en l'un des isotopes radioactifs du fer. Baptisé 60Fe, cet isotope fait partie des noyaux synthétisés par des explosions de supernovae. Sa demi-vie est de seulement 2,6 millions d'années, de sorte que les noyaux de ce type qui se seraient trouvés incorporés à la Terre, ou dans des météorites au moment de la formation du Système solaire (elle-même déclenchée par une supernova), ne sont plus décelables aujourd'hui.

Les quantités retrouvées, bien que très faibles, semblaient trop grandes pour ne pas provenir d'un événement récent ayant produit ou concentré ces noyaux à courte durée de vie, à l'échelle des temps géologiques. Il pouvait s'agir de l'effet d'une supernova, nécessairement proche du Système solaire, qui aurait fait pleuvoir sur Terre des poussières nouvellement enrichies en 60Fe. De fait, des abondances 40 fois plus élevées que celles trouvées en moyenne dans les roches ont été mises en évidence, aussi bien dans des échantillons (120) provenant du fond de l'Atlantique que du Pacifique et de l'océan Indien. Selon les chercheurs, cela ne pouvait pas être dû à un processus de concentration local ou à l'impact d'un gros astéroïde. L'hypothèse de l'influence d'une supernova s'imposa donc des années plus tard.

Deux supernovae à environ 300 années-lumière de la Terre ?

Or, des datations précises et des mesures de concentrations qui le sont tout autant, indiquent deux pics marqués d'apports de 60Fe. Le premier, il y a de 1,5 à 3,2 millions d'années, et le second, de 6,5 à 8,7 millions d'années. Il faut donc faire intervenir deux supernovae dans la banlieue proche du Soleil au cours des derniers 10 millions d'années. Remarquablement, il est possible de relier ces supernovae à ce que l'on sait de cette banlieue, notamment avec l'existence de la fameuse Bulle locale : elles se seraient produites dans l'association Scorpion-Centaure, une association de centaines de jeunes étoiles de type OB qui est la plus proche du Soleil.

Les étoiles qui ont explosé devaient se trouver à des distances comprises entre 290 et 325 années-lumière. Chacune des étoiles, devenues des supernovae, devait contenir environ 9 masses solaires. Vues de la Terre, les explosions devaient être aussi lumineuses que la Pleine Lune. Elles semblaient cependant trop lointaines et trop peu puissantes pour que les divers rayonnements produits aient significativement affecté la biosphère ; ce qui aurait été le cas s'il s'agissait de sursauts gamma.

Extrait de l'émission : Les monstres du Jurassique. Le Mégalodon pouvait avaler des proies de la taille d’une personne. Son poids était des centaines de fois supérieures à celui d’un requin blanc. Avec 18 mètres de long, il égale la taille d’un semi-remorque. Les monstres du Jurassique est une émission diffusée sur la chaîne National Geographic Channel. © Nat Geo France

Toutefois et récemment, des études en paléontologie pourraient démontrer que les disparitions d'espèces marines, déjà repérées depuis longtemps à la frontière pliocène-pléistocène, ont été bien plus considérables, en fait. On peut même parler d'une véritable extinction de la mégafaune marine de cette période, il y a environ 2 à 3 millions d'années. En effet, c'est presque un tiers de cette faune qui disparait. Cette extinction a, par exemple, touché les mammifères marins, qui ont perdu 55 % de leur diversité, 43 % des espèces de tortues de mer ont été anéanties, ainsi que 35 % des oiseaux de mer et 9 % des requins. Parmi eux, on note en particulier la disparition des fameux Mégalodons (Carcharocles megalodon) il y a 2,6 millions d'années.

Un flux intense de muons avec un bouclier magnétique faible ?

Voilà qui a visiblement intrigué Adrian Melott, professeur émérite de physique et d'astronomie à l'université du Kansas. Il étudie cette histoire de supernovae avec le fer 60 dans les sédiments depuis environ 15 ans. Avec des collègues brésiliens (Franciole Marinho de l'Universidade Federal de Sao Carlos, et Laura Paulucci de l'Universidade Federal do ABC), il a publié un article dans le journal Astrobiology où est développée une théorie intéressante, en accès libre sur arXiv.

Le flot de photons gammas et ultraviolets issu des supernovae considérées (dont les distances ont été revues à la baisse -- environ 150 années-lumière -- et donc toujours quelque part dans la Bulle locale entourant le Soleil) n'est pas susceptible de véritablement impacter la biosphère mais il est possible de modéliser le flux de protons émis arrivant sur Terre et entrant en collision avec les noyaux de la haute atmosphère. Ils produisent un flux de particules secondaires, les pions, qui se désintègrent rapidement en muons, des cousins lourds de l'électron, eux aussi, instables.

Le flux de muons calculé est alors bien plus élevé qu'il ne l'est en moyenne. Il peut pénétrer à plusieurs centaines de mètres dans les océans, là où vivent des animaux colossaux comme les Mégalodons. De grandes tailles, ils auraient donc absorbé une grande dose de radiations sous la forme de muons, et modulo le fait que l'on ignore à quel point ces animaux étaient résistants aux cancers (les baleines semblent l'être particulièrement), on peut penser qu'ils ont été fortement impactés par cette maladie.

Un autre fait intrigue les chercheurs. Il y a environ 2,6 millions d'années, il s'est produit une inversion magnétique connue sous le nom d'inversion de Gauss-Matuyama. Pendant un temps, le bouclier magnétique de la Terre était donc affaibli lors de ce processus en cours. Il est tentant d'y voir un facteur aggravant en ce qui concerne les effets du flux des muons.

  • Il y a 20 ans, la présence de quantités anormales d'un isotope radioactif instable du fer dans des couches sédimentaires, âgées de plusieurs millions d'années, a conduit les chercheurs à postuler l'explosion de plusieurs supernovae à quelques centaines d'années-lumière du Soleil, tout au plus.
  • On peut modéliser les flux de rayonnement produits par ces supernovae proches et leurs arrivées sur Terre.
  • Les flux de rayons ultraviolet et gamma étaient toujours trop peu faibles pour vraiment affecter la biosphère mais la mise en évidence d'une extinction marine importante passée inaperçue chez les grands animaux marins, il y a environ 2,6 millions d'années, a relancé les spéculations.
  • L'intensification du flux de muons dans les rayons cosmiques touchant la Terre, qui plus est, au moment d'une inversion magnétique affaiblissant le bouclier magnétique terrestre, pourrait avoir causé des cancers plus importants chez les grands animaux. Ce sont peut-être pour ces raisons que le Mégalodon, un requin légendaire, disparait à ce moment là.
Pour en savoir plus

La Terre dans le souffle radioactif des supernovae

Article de Laurent Sacco publié le 23/04/2016

D'importantes pluies de noyaux radioactifs de fer tombées sur Terre il y a quelques millions d'années sont imputées à des explosions de supernovae à quelques centaines d'années-lumière du Soleil. L'influence de ces explosions est toujours palpable aujourd'hui et ces noyaux tombent toujours sur Terre comme l'a révélé une sonde de la Nasa dédiée à l'étude des flux de rayons cosmiques.

Deux publications récentes dans le journal Nature faisaient le bilan d'une enquête menée depuis 1999 par plusieurs chercheurs et concernant des quantités anormales d'un isotope radioactif du fer dans les sédiments marins. Prélevées sur plusieurs régions de la Planète, des carottes de ces roches contenaient deux pics marqués d'apports de 60Fe, un isotope qui fait partie des noyaux synthétisés par des explosions de supernovae et dont la demi-vie est de seulement 2,6 millions d'années. Le premier est survenu il y a de 1,5 à 3,2 millions d'années et le second de 6,5 à 8,7 millions d'années.

Notre connaissance des rayons cosmiques et de leur propagation dans la Voie lactée avait permis aux chercheurs d'estimer les distances auxquelles ces supernovae avaient pu se produire, à savoir environ 300 années-lumière. Plus loin, et étant donné la vitesse de propagation des noyaux, ceux de 60Fe auraient subi tellement de désintégrations qu'il en resterait trop peu pour expliquer les quantités retrouvées sur Terre. De plus, il existe des amas ouverts de jeunes étoiles dans la banlieue du Soleil, qui contiennent des dizaines voire des centaines de jeunes étoiles massives de type OB, précisément le genre d'astre qui donne des supernovae SN II expulsant dans le milieu interstellaire des noyaux de 60Fe nouvellement formés.

Extrait du documentaire Du Big bang au Vivant (ECP Productions, 2010), Jean-Pierre Luminet parle de la mort des étoiles massives, leur explosion en supernova et la formation de pulsars. © Jean-Pierre Luminet

Un autre article avait été publié dans Physical Review Letters montrant que des traces incontestables des mêmes pluies radioactives issues des deux supernovae avaient été trouvées sur la Lune dans des échantillons de régolithe ramenés par les missions Apollo 12, 15 et 16. Les concentrations étaient les mêmes que celles mesurées sur Terre. Là aussi, la demi-vie du 60Fe impliquait une arrivée de ces noyaux radioactifs il y a quelques millions d'années tout au plus. L'hypothèse qu'il puisse s'agir de noyaux générés in situ par d'autres rayons cosmiques (non associés aux pics observés sur Terre et produits par deux supernovae) selon des réactions nucléaires connues a été éliminée car elle aurait impliqué une augmentation de la quantité d'un isotope du manganèse53Mn.

Des noyaux de fer accélérés par une seconde supernova

La saga du fer 60 continue avec une autre publication, dans Science, portant sur les mesures de l'instrument Cris (Cosmic Ray Isotope Spectrometer), équipant la sonde Advanced Composition Explorer (Ace) de la Nasa. Ce spectromètre de masse analyse depuis le point de Lagrange L1 la composition isotopique des rayons cosmiques composés de noyaux atomiques, de l'hélium au nickel (éléments 2 à 28). Sur environ 300.000 noyaux de fer détectés depuis sa mise en service, Cris a compté 15 noyaux de 60Fe, les autres étant du fer ordinaire.

Le nombre peut paraître faible mais il signifie que des pluies de noyaux radioactifs issus de supernovae récentes et proches du Soleil tombent actuellement sur Terre. Leur intensité, tout de même, est moindre que lors des deux événements ayant laissé des traces importantes dans les sédiments marins et la poussière lunaire.

Les mesures des flux des isotopes de nickel et de cobalt montrent aussi, en relation avec les modèles d'explosions des supernovae, que les noyaux produits par une supernova sont en fait accélérés par le souffle d'une autre supernova, au moins 100.000 à quelques millions d'années plus tard. Ce qui est bien conforme avec l'idée que les rayons cosmiques détectés sous forme de 60Fe viennent bien d'amas proches de jeunes étoiles massives à évolution rapide qui sont nées à des intervalles de temps assez rapprochés dans un même nuage moléculaire.

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