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L'or proviendrait essentiellement des collisions d'étoiles à neutrons

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Des simulations numériques accréditent ce que l'on soupçonnait depuis un certain temps : les noyaux d'or se formeraient essentiellement à l'occasion de collisions entre étoiles à neutrons.

Des pépites d'or trouvées en Californie et en Australie. © Natural History Museum, London

De récentes recherches ont confirmé que l'or présent sur Terre est bien d'origine extraterrestre. Au sens strict du terme, l'expression peut sembler une tautologie puisque tous les éléments formés dans l'espace puis incorporés à notre planète lors de sa formation par accrétion, sont extraterrestres. Mais, dans le cas présent, cela signifie juste que l'or des banques et des monuments est arrivé sur Terre des centaines de millions d'années après la formation de notre planète.

L'origine de l'or est probablement encore plus extraordinaire si l'on en croit quelques spéculations anciennes de certains astrophysiciens nucléaires. Depuis les travaux de chercheurs comme Geoffrey Burbidge, on sait que les noyaux plus lourds que le lithium se sont formés dans les étoiles par des réactions de nucléosynthèse thermonucléaires. En fait, pas tous les noyaux lourds. Ceux qui le sont plus que le fer doivent avoir une origine différente. Ils proviennent de noyaux fortement enrichis en neutrons qui se sont désintègrés ensuite par radioactivité bêta.

Quels processus peuvent produire un intense flux de neutrons, capables de s'additionner par exemple à des noyaux de fer ou de nickel

On a longtemps pensé qu'il s'agissait de l'explosion de supernovae donnant des étoiles à neutrons (r-process). C'est peut-être toujours la bonne explication mais pour les abondances mesurées de noyaux d'or, les choses sont ensuite devenues plus problématiques...

Selon des simulations faites par Stephane Goriely, Andreas Bauswein et Hans-Thomas Janka c'est plutôt vers une autre hypothèse, proposée il y a un certain temps déjà, qu'il faut s'orienter : les collisions de deux étoiles à neutrons d'un système binaire.


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On sait que les étoiles sont le plus souvent en couple et lorsqu'elles finissent chacune leur vie sous forme d'une supernova de type SN II ou SN Ib, il peut se former deux étoiles à neutrons (les SN Ia sont des supernovae où l'explosion détruit complètement une naine blanche) en orbite l'une autour de l'autre. Chacune de ces étoiles présente une masse de l'ordre de celle du Soleil rassemblée dans un volume dont le diamètre n'est que de quelques dizaines de kilomètres.

Des fragments d'étoiles à neutrons

Cela ne peut pas durer éternellement. Les deux astres perdent de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles et leur distance orbitale se réduit au cours des millions d'années. Ils finiront par entrer en collision et c'est ainsi que l'on explique un sursaut gamma court, bien que la question ne soit pas encore tranchée.

Lors de la collision, de la matière riche en neutrons et en noyaux lourds est éjectée. Selon les calculs des trois astrophysiciens, c'est ainsi l'équivalent de plusieurs masses de Jupiter à des températures de plus de 10 milliards de kelvins qui s'éloignent de la zone de collision pour rejoindre l'espace interstellaire. Lorsque cette matière se refroidit, il se produit une cascade de réactions nucléaires avec des désintégrations bêta, faisant intervenir environ 5.000 isotopes. Des noyaux d'or apparaissent parmi eux.

Dans une galaxie comme la Voie lactée, il se produit en moyenne une telle collision entre étoiles à neutrons tous les 100.000 ans. Selon les chercheurs, l'ensemble des calculs qu'ils ont menés permettent de retrouver remarquablement bien les abondances de noyaux lourds, en particulier celle de l'or.

Si cette hypothèse est exacte, lorsque nous passons un anneau d'or au doigt d'un(e) autre dans la salle des mariages, nous offrons, d'une certaine façon, un morceau d'étoile à neutrons....

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