Les étoiles scintillent dans le ciel de L’Arizona comme un million de clins d’œil. À L’intérieur de L’Observatoire National de Kitt Peak, Catherine Pilachowski glisse son manteau contre l’air froid de la nuit. Elle monte vers l’immense télescope et regarde dans son oculaire. Soudain, des galaxies et des étoiles lointaines se mettent au point. Pilachowski voit des étoiles mourantes appelées géantes rouges. Elle voit aussi des supernovas – les restes d’étoiles éclatées.
astronome à L’Université de L’Indiana à Bloomington, elle ressent un lien profond avec ces objets cosmiques. Peut-être parce que Pilachowski est fait de poussière d’étoiles.,
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chaque ingrédient du corps humain est fabriqué à partir d’éléments forgés par des étoiles. Ainsi sont tous les éléments constitutifs de votre nourriture, votre vélo et votre électronique. De même, chaque Roche, plante, animal, boule d’eau de mer et bouffée d’air doit son existence à des soleils lointains.
toutes ces étoiles sont des fours Géants à longue durée de vie. Leur chaleur intense peut provoquer la collision d’atomes, créant de nouveaux éléments., Tard dans la vie, la plupart des étoiles exploseront, tirant les éléments qu’elles ont forgés dans les confins lointains de l’univers.
de nouveaux éléments peuvent également se développer lors de smash-ups stellaires. Les astronomes viennent d’être témoins de la création d’or et plus encore lors de la collision lointaine entre deux étoiles mourantes.
Une autre équipe a découvert la lumière d’une galaxie « starburst” disparue depuis longtemps. Peu de temps après la formation de l’univers, cette galaxie a produit des étoiles à une vitesse incroyable. Des usines d’étoiles spéciales comme celle-ci pourraient aider à expliquer comment suffisamment d’éléments se sont accumulés pour créer le système solaire.,
de telles découvertes aident les scientifiques à mieux comprendre où tout dans l’univers a commencé.
la représentation de cet artiste montre à quoi les astronomes pensent que l’univers très ancien aurait pu ressembler quand il avait moins de 1 milliard d’années. L’image dépeint une période intense de fusion de l’hydrogène pour former de nombreuses étoiles. Science: NASA et K. Lanzetta (SUNY). Art: Adolf Schaller pour STScI
après le Big Bang
Les éléments sont les éléments de base de notre univers., La terre abrite 92 éléments naturels avec des noms comme le carbone, l’oxygène, le sodium et l’or. Leurs atomes sont les particules étonnamment minuscules à partir desquelles tous les produits chimiques connus sont fabriqués.
Chaque atome ressemble à un système solaire. Une structure minuscule mais imposante se trouve en son centre. Ce noyau est constitué d’un mélange de particules liées appelées protons et neutrons. Plus il y a de particules dans un noyau, plus l’élément est lourd. Les chimistes ont compilé des graphiques qui placent les éléments dans l’ordre en fonction des caractéristiques structurelles, telles que le nombre de protons qu’ils ont.
en tête de leurs cartes est l’hydrogène., Élément un, il a un seul proton. L’hélium, avec deux protons, vient ensuite.
Les gens et les autres êtres vivants sont pleins de carbone, élément 6. La vie terrestre contient également beaucoup d’oxygène, élément 8. Les os sont riches en calcium, élément 20. Le numéro 26, fer, rend notre sang rouge. Au bas du tableau périodique des éléments naturels se trouve l’uranium, le poids lourd de la nature, avec 92 protons. Les scientifiques ont créé artificiellement des éléments plus lourds dans leurs laboratoires. Mais ils sont extrêmement rares et de courte durée.
l’univers n’a pas toujours possédé autant d’éléments., Retour au Big Bang, il y a environ 14 milliards d’années. Les physiciens pensent que c’est alors que la matière, la lumière et tout le reste ont explosé d’une masse incroyablement dense et chaude de la taille d’un pois. Cela a mis en mouvement l’expansion de l’univers, une dispersion vers l’extérieur de la masse qui continue à ce jour.
Le Big Bang était terminé en un éclair. Mais cela a lancé tout l’univers, explique Steven Desch de L’Université D’État de L’Arizona à Tempe. Astrophysicien, Desch étudie la formation des étoiles et des planètes.
« Après le Big Bang, explique-t-il, les seuls éléments étaient l’hydrogène et l’hélium., C’était juste à ce sujet. »L’assemblage du prochain 90 a pris beaucoup plus de temps. Pour construire ces éléments plus lourds,des noyaux d’atomes plus légers devaient fusionner. Cette fusion nucléaire nécessite une chaleur et une pression importantes. En effet, dit Desch, il faut des étoiles.
Star power
pendant quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, l’univers ne contenait que des nuages de gaz Géants. Ceux-ci se composaient d’environ 90 pour cent d’atomes d’hydrogène; l’hélium constituait le reste. Au fil du temps, la gravité a de plus en plus tiré les molécules de gaz les unes vers les autres. Cela a augmenté leur densité, rendant les nuages plus chauds., Comme les peluches cosmiques, ils ont commencé à se rassembler en boules connues sous le nom de protogalaxies. À l’intérieur d’eux, le matériel a continué à s’amasser en touffes de plus en plus denses. Certains d’entre eux se sont développés en étoiles. Les étoiles naissent toujours de cette façon, même dans notre galaxie de la Voie Lactée.
les éléments aussi massifs que l’or ne naissent pas directement à l’intérieur des étoiles, mais plutôt à travers des événements plus explosifs — des collisions entre étoiles. Voici le rendu d’un artiste du moment où deux étoiles à neutrons sont entrées en collision., Les étoiles à neutrons sont les noyaux extrêmement denses qui restent après l’explosion de deux étoiles sous forme de supernovas. Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.
convertir des éléments légers en éléments plus lourds est ce que font les étoiles. Plus l’étoile est chaude, plus les éléments qu’elle peut fabriquer sont lourds.
Le centre de notre soleil est à environ 15 millions de degrés Celsius (environ 27 millions de degrés Fahrenheit). Cela peut sembler impressionnant. Pourtant, comme les étoiles vont, il est assez wimpy. Les étoiles de taille moyenne comme le soleil « ne chauffent pas assez pour produire des éléments beaucoup plus lourds que l’azote”, explique Pilachowski., En fait, ils créent principalement de l’hélium.
pour forger des éléments plus lourds, le four doit être immensément plus grand et plus chaud que notre soleil. Des étoiles au moins huit fois plus grandes peuvent forger des éléments jusqu’au fer, élément 26. Pour construire des éléments plus lourds que cela, une étoile doit mourir.
en fait, fabriquer certains des métaux les plus lourds, comme le platine (élément numéro 78) et l’or (élément numéro 79), pourrait nécessiter une violence céleste encore plus extrême: des collisions entre étoiles!
en juin 2013, le télescope spatial Hubble a détecté une telle collision de deux corps ultra-denses connus sous le nom d’étoiles à neutrons., Astronomes au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, Massachusetts. mesurer la lumière émise par cette collision. Cette lumière fournit des « empreintes » des produits chimiques impliqués dans ces feux d’artifice. Et ils montrent que l’or formé. Beaucoup: assez pour égaler plusieurs fois la masse de la Lune terrestre. Parce qu’un fracas similaire a probablement lieu dans une galaxie une fois tous les 10 000 ou 100 000 ans, de tels accidents pourraient représenter tout l’or de l’univers, a déclaré Edo Berger, membre de L’équipe, à Science News.
la Mort d’une étoile
Aucune étoile ne vit pour toujours., ” Les étoiles ont une durée de vie d’environ 10 milliards d’années », explique Pilachowski, expert des soleils morts et mourants.
la gravité rapproche toujours les composants d’une étoile. Tant qu’une étoile a encore du carburant, la pression de la fusion nucléaire pousse vers l’extérieur et contrebalance la force de gravité. Mais une fois que la plupart de ce carburant a brûlé, si longue étoile. Sans fusion pour la contrer,” la gravité force le noyau à s’effondrer », explique-t-elle.
Mira est un soleil âgé dans la constellation de Cetus. Une étoile géante rouge relativement cool, elle a une forme étrange de football., La photo du télescope spatial Hubble montre que Mira a environ 700 fois la taille de notre soleil. Mira a également une étoile chaude « compagnon » (non montré). Margarita Karovska (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) et NASA
l’âge auquel une étoile meurt dépend de sa taille. Les étoiles de petite à moyenne taille n’explosent pas, dit Pilachowski. Alors que leur noyau de fer ou d’éléments plus légers s’effondre, le reste de l’étoile se dilate doucement, comme un nuage. Il gonfle dans une énorme boule croissante et brillante. En cours de route, ces étoiles se refroidissent et s’assombrissent., Ils deviennent ce que les astronomes appellent les géantes rouges. De nombreux atomes dans le halo extérieur entourant une telle étoile vont simplement dériver dans l’espace.
Les étoiles plus grandes ont une fin très différente. Quand ils utilisent leur carburant, leurs noyaux s’effondrent. Cela les laisse extrêmement denses et chauds. Instantanément, cela forge des éléments plus lourds que le fer. L’énergie libérée par cette fusion atomique déclenche une nouvelle expansion de l’étoile. À la fois, l’étoile se retrouve sans assez de carburant pour soutenir la fusion. Si l’étoile s’effondre une fois de plus., Sa densité massive le fait chauffer à nouveau-après quoi il fusionne maintenant ses atomes, en créant des atomes plus lourds.
« impulsion après impulsion, il accumule régulièrement des éléments de plus en plus lourds”, dit Desch à propos de l’étoile. Étonnamment, tout cela se produit en quelques secondes. Puis, plus vite que vous ne pouvez le dire supernova, l’étoile s’autodétruit en une gigantesque explosion. La force de cette explosion de supernova est ce qui forge des éléments plus lourds que le fer.
« Les Atomes vont exploser dans l’espace”, dit Pilachowski. « Ils vont un long chemin. »
certains atomes dérivent doucement d’une géante rouge., D’autres fusent à la vitesse de distorsion d’une supernova. De toute façon, quand une étoile meurt, beaucoup de ses atomes crachent dans l’espace. Finalement, ils sont recyclés par les processus qui forment de nouvelles étoiles et même des planètes. Toute cette construction d’éléments « prend du temps », dit Pilachowski. Peut-être des milliards d’années. Mais l’univers n’est pas pressé. Cela suggère cependant que plus une galaxie est longue, plus elle contiendra d’éléments lourds.
Lorsqu’une étoile — W44 — a explosé en tant que supernova, elle a dispersé des débris sur une large zone, illustrée ici., Cette image a été produite en combinant les données collectées par les observatoires spatiaux Hershel et XMM-Newton de l’Agence Spatiale Européenne. W44 est la sphère violette dominant le côté gauche de cette image. Il s’étend sur environ 100 années-lumière. Herschel: Quang Nguyen Luong & F. Motte, HOBYS Key Program consortium, Herschel SPIRE/PACS / esa consortia. XMM-Newton: ESA/XMM-Newton
explosion du passé
considérons la Voie Lactée. Quand notre galaxie était jeune, il y a 4,6 milliards d’années, les éléments plus lourds que l’hélium ne représentaient que 1.,5 pour cent de la Voie Lactée. « Aujourd’hui, c’est jusqu’à 2%”, Note Desch.
L’année dernière, des astronomes du California Institute of Technology, ou Caltech, ont découvert un très faible point rouge dans le ciel nocturne. Ils ont nommé cette galaxie hfls3. Des centaines d’étoiles se formaient à l’intérieur. Les astronomes se réfèrent à de tels corps célestes, avec tant d’étoiles jaillissant à la vie, comme des galaxies starburst. ” HFLS3 formait des étoiles 2 000 fois plus rapidement que la Voie Lactée », note Jamie Bock, astronome à Caltech.
pour étudier les étoiles lointaines, les astronomes comme Bock deviennent essentiellement des voyageurs du temps., Ils doivent regarder profondément dans le passé. Ils ne peuvent pas voir ce qui se passe maintenant parce que la lumière qu’ils étudient doit d’abord traverser une vaste étendue de l’univers. Et cela peut prendre des mois à des années —parfois des milliers de millénaires. Ainsi, lors de la description des naissances et des décès d’étoiles, les astronomes doivent utiliser le passé.
Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière sur une période de 365 jours — 9,46 billions de kilomètres (ou quelque 6 billions de miles). Hfls3 était à plus de 13 milliards d’années-lumière de la terre quand il est mort. Sa faible lueur vient d’atteindre la Terre., Donc, ce qui s’est passé dans son voisinage au cours des 12 milliards d’années passées ne sera pas connu avant des éons.
Mais les nouvelles anciennes qui viennent d’arriver sur HFLS3 ont offert deux surprises. Premièrement: il s’avère être la plus ancienne galaxie Starburst connue. En fait, il est presque aussi vieux que l’univers lui-même. ” Nous avons trouvé HFLS3 alors que l’univers n’avait que 880 millions d’années », explique Bock. À ce moment, l’univers était un bébé virtuel.
Deuxièmement, HFLS3 ne contenait pas seulement de l’hydrogène et de l’hélium, comme les astronomes auraient pu s’y attendre pour une galaxie aussi précoce., En étudiant sa chimie, Bock dit que son équipe a découvert « qu’il avait des éléments lourds et de la poussière qui devaient provenir d’une génération antérieure d’étoiles. »Il compare cela à » trouver une ville pleinement développée au début de l’histoire humaine où vous vous attendiez à trouver des villages.”
cette galaxie lointaine, connue sous le nom de HFLS3, est une usine de construction d’étoiles. De nouvelles analyses indiquent qu’il transforme furieusement le gaz et la poussière en nouvelles étoiles plus de 2 000 fois plus rapidement que dans notre propre voie lactée. Son étoile taux est l’un des plus rapides jamais vu. Sec-C.,Carreau
bonne Chance
Steve Desch pense HFLS3 pourrait aider à répondre à certaines questions importantes. La galaxie de la Voie lactée a environ 12 milliards d’années. Mais cela ne rend pas les étoiles assez rapides pour avoir créé tous les 92 éléments présents sur Terre. « Il a toujours été un peu mystérieux de voir comment tant d’éléments lourds se sont accumulés si rapidement”, dit Desch. Peut-être, suggère-t-il maintenant, que les galaxies starburst ne sont pas si rares. Si c’est le cas, de telles usines d’étoiles à grande vitesse auraient pu donner un coup de pouce précoce à la création d’éléments lourds.,
Il y a environ 5 milliards d’années, les étoiles de la Voie Lactée avaient généré les 92 éléments actuellement présents sur Terre. En effet, la gravité les a rassemblés, les emballant dans un ragoût cosmique chaud qui ensemble finirait par fusionner pour former notre système solaire. Quelques centaines de millions d’années plus tard, la Terre est née.
Au cours du prochain milliard d’années, les premiers signes de vie sur Terre sont apparus. Personne ne sait exactement comment la vie ici a commencé. Mais une chose est claire: les éléments qui ont formé la Terre et toute la vie sur elle sont venus de l’espace., ” Chaque atome de votre corps a été forgé au centre d’une étoile », observe Desch, ou de collisions entre étoiles.
Si les éléments responsables de la vie sur Terre ont commencé dans l’espace, auraient-ils également déclenché la vie ailleurs?
nul Ne le sait. Mais ce n’est pas faute d’avoir essayé. Des organisations entières, comme un institut axé sur la recherche d’Intelligence extraterrestre, ou SETI, ont cherché la vie au-delà de notre système solaire.
Desch, pour sa part, ne pense pas qu’ils trouveront quelqu’un d’autre là-bas. Il mentionne un graphique célèbre., Cela montre que les planètes ne peuvent pas se former tant qu’il n’y a pas assez d’éléments lourds. « J’ai vu ce graphique, et en un instant, j’ai compris que nous pourrions vraiment être seuls dans la galaxie, car avant le soleil, il n’y avait pas beaucoup de planètes”, explique Desch.
il soupçonne donc que « la Terre pourrait être la première civilisation de la galaxie. Mais pas la dernière.”
