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Le Soleil est peut-être né dans le vent d'une supernova

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Grâce aux observations récentes de la sonde Voyager associées à des simulations numériques, des physiciens du CNRS ont montré que les noyaux radioactifs de béryllium contenus dans les premiers solides du Système solaire ont pu être produits à la suite de l'explosion d'une ou plusieurs étoiles massives précédant sa naissance. Ces travaux, publiés dans Astrophysical Journal, renforcent l'hypothèse selon laquelle la naissance du Soleil aurait eu lieu dans des conditions peu communes au sein de la Voie lactée.

Rémanent de la supernova IC 443 interagissant avec un nuage moléculaire dense dans la constellation des Gémeaux. La taille angulaire du vestige est similaire à celle de la Lune (0,5 °), ce qui correspond à un diamètre d'environ 410.000 milliards de kilomètres pour une distance au rémanent estimée à quelque 5.000 années-lumière. © J. P. Metsavainio

La présence de noyaux radioactifs de courte durée de vie (inférieure à quelques millions d'années) dans le disque protoplanétaire pose une contrainte majeure aux scénarios de formation du Système solaire. Parmi ces noyaux, le béryllium (10Be) présente une caractéristique, il ne peut être synthétisé efficacement au sein des étoiles. Il est produit uniquement par des réactions nucléaires induites par des particules chargées accélérées jusqu'à plus de 15 % de la vitesse de la lumière.

À ce jour, le scénario favorisé pour expliquer la présence de 10Be dans le Système solaire primitif tenait à une production induite par des noyaux légers (protons, particules alpha) accélérés au voisinage du Soleil, lorsque celui-ci était en formation. Pourtant, les analyses isotopiques récentes d'inclusions minérales primitives contenues dans des météorites - ces FUN-CAI (Fractionation and Unidentified Nuclear isotopes anomalies in Calcium Aluminum-rich Inclusions) sont des phases réfractaires qui ont condensé à haute température et dont la composition isotopique n'a pas été modifiée depuis leur formation il y a 4,6 milliards d'années - montrent que le nuage de gaz et de poussières protosolaires contenait lui-même une contamination en 10Be.

Les météorites primitives contiennent des phases réfractaires qui ont condensé à haute température à proximité du Soleil dans sa jeunesse. Certaines, les FUN-CAI, conservent des anomalies isotopiques qui existaient lors de la formation du Système solaire. © A. Krot, University of Hawaii

Le Soleil serait né dans un contexte inhabituel

Les physiciens du CNRS ont étudié les différentes possibilités de produire ces quantités de béryllium observées dans ces phases minérales primitives. À l'aide des observations récentes de la sonde Voyager (aux limites du Système solaire) et de simulations numériques, ils ont reconstruit le flux de particules rapides qui existait à proximité de notre étoile en formation et ont montré que la quantité de 10Be induite par ce flux ne peut pas rendre compte de la contamination déduite de l'analyse des inclusions FUN.

En revanche, les observations sont compatibles avec la contamination en 10Be du nuage protosolaire par une ou plusieurs supernovae. Dans ce cadre, les chercheurs ont étudié en particulier la production de 10Be dans une couche de gaz dense générée par les vents d'une étoile massive qui se serait échappée de son amas d'origine (une étoile fugueuse). Un tel scénario permet en effet d'expliquer la présence initiale d'autres noyaux radioactifs dans des inclusions réfractaires de météorites.

L'interaction d'une étoile massive fugueuse avec un nuage de gaz interstellaire étant un événement rare, ces travaux suggèrent que notre étoile est née dans un contexte astrophysique particulier.

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