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.

Sciences

La Terre dans le souffle radioactif des supernovae

ActualitéClassé sous :Astronomie , Supernova , Rayon cosmique

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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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