Les six éléments de la vie les plus courants sur Terre (dont plus de 97% de la masse d'un corps humain) sont le carbone, hydrogène, azote, oxygène, soufre et phosphore. Les couleurs dans les spectres montrent des creux, dont la taille révèle la quantité de ces éléments dans l'atmosphère d'une étoile. Le corps humain à gauche utilise le même code couleur pour évoquer le rôle important que ces éléments jouent dans différentes parties de notre corps, de l'oxygène dans nos poumons au phosphore dans nos os (bien qu'en réalité tous les éléments se trouvent dans tout le corps). En arrière-plan, une vue d'artiste de la Galaxie, avec des points cyan pour montrer les mesures APOGEE de l'abondance d'oxygène dans différentes étoiles; des points plus clairs indiquent une abondance d'oxygène plus élevée. Crédit :Dana Berry/SkyWorks Digital Inc. ; Collaboration SDSS
Dire "nous sommes de la poussière d'étoiles" peut être un cliché, mais c'est un fait indéniable que la plupart des éléments essentiels de la vie sont faits dans les étoiles.
"Pour la première fois, nous pouvons maintenant étudier la distribution des éléments à travers notre Galaxie, ", explique Sten Hasselquist de l'Université d'État du Nouveau-Mexique. "Les éléments que nous mesurons comprennent les atomes qui constituent 97 % de la masse du corps humain."
Les nouveaux résultats proviennent d'un catalogue de plus de 150, 000 étoiles ; pour chaque étoile, il comprend la quantité de chacun de près de deux douzaines d'éléments chimiques. Le nouveau catalogue comprend tous les "éléments CHNOPS" - carbone, hydrogène, azote, oxygène, phosphoreux, et le soufre – connus pour être les éléments constitutifs de toute vie sur Terre. C'est la première fois que des mesures de tous les éléments CHNOPS sont effectuées pour un si grand nombre d'étoiles.
Comment savons-nous combien de chaque élément contient une étoile ? Bien sûr, les astronomes ne peuvent pas visiter les étoiles pour cueillir un échantillon de ce dont elles sont faites, ils utilisent donc à la place une technique appelée spectroscopie pour effectuer ces mesures. Cette technique divise la lumière - dans ce cas, la lumière des étoiles lointaines - en arcs-en-ciel détaillés (appelés spectres). Nous pouvons déterminer la quantité de chaque élément qu'une étoile contient en mesurant la profondeur des taches sombres et lumineuses dans les spectres causées par différents éléments.
Les astronomes du Sloan Digital Sky Survey ont fait ces observations à l'aide du spectrographe APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment) sur le télescope de 2,5 m de la Sloan Foundation à l'observatoire Apache Point au Nouveau-Mexique. Cet instrument capte la lumière dans le proche infrarouge du spectre électromagnétique et la disperse, comme un prisme, pour révéler les signatures des différents éléments dans les atmosphères des étoiles. Une fraction des presque 200, 000 étoiles recensées par APOGEE chevauchent l'échantillon d'étoiles ciblées par la mission Kepler de la NASA, qui a été conçu pour trouver des planètes potentiellement semblables à la Terre. Le travail présenté aujourd'hui se concentre sur quatre-vingt-dix étoiles de Kepler qui montrent des preuves d'hébergement de planètes rocheuses, et qui ont également fait l'objet d'une enquête par APOGEE.
Alors que le Sloan Digital Sky Survey est peut-être mieux connu pour ses belles images publiques du ciel, depuis 2008, il s'agit entièrement d'un levé spectroscopique. Les mesures actuelles de chimie stellaire utilisent un spectrographe qui détecte la lumière infrarouge - le spectrographe APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment), monté sur le télescope de la Fondation Sloan de 2,5 mètres à l'observatoire Apache Point au Nouveau-Mexique.
Jon Holtzman de l'Université d'État du Nouveau-Mexique explique qu'« en travaillant dans la partie infrarouge du spectre, APOGEE peut voir les étoiles à travers beaucoup plus de la Voie lactée que s'il essayait d'observer en lumière visible. La lumière infrarouge traverse la poussière interstellaire, et APOGEE nous aide à observer en détail une large gamme de longueurs d'onde, afin que nous puissions mesurer les motifs créés par des dizaines d'éléments différents."
Le nouveau catalogue aide déjà les astronomes à acquérir une nouvelle compréhension de l'histoire et de la structure de notre Galaxie, mais le catalogue démontre également un lien humain clair avec le ciel. Comme l'a dit le célèbre astronome Carl Sagan, "nous sommes faits d'étoiles." La plupart des atomes qui composent votre corps ont été créés dans un passé lointain à l'intérieur des étoiles, et ces atomes ont fait de longs voyages depuis ces anciennes étoiles jusqu'à vous.
Alors que les humains contiennent 65% d'oxygène en masse, l'oxygène représente moins de 1% de la masse de tous les éléments de l'espace. Les étoiles sont principalement de l'hydrogène, mais de petites quantités d'éléments plus lourds tels que l'oxygène peuvent être détectées dans le spectre des étoiles. Avec ces nouveaux résultats, APOGEE a trouvé plus de ces éléments plus lourds dans la Galaxie intérieure. Les étoiles de la galaxie intérieure sont également plus anciennes, Cela signifie donc que plus d'éléments de la vie ont été synthétisés plus tôt dans les parties intérieures de la Galaxie que dans les parties extérieures.
Bien qu'il soit amusant de spéculer sur l'impact que la composition de la galaxie intérieure pourrait avoir sur l'endroit où la vie apparaît, nous comprenons bien mieux la formation des étoiles dans notre Galaxie. Parce que les processus produisant chaque élément se produisent dans des types d'étoiles spécifiques et se déroulent à des rythmes différents, ils laissent des signatures spécifiques dans les schémas d'abondance chimique mesurés par SDSS/APOGEE. Cela signifie que le nouveau catalogue d'abondance élémentaire de SDSS/APOGEE fournit des données à comparer avec les prédictions faites par les modèles de formation des galaxies.
Jon Bird de l'Université Vanderbilt, qui travaille sur la modélisation de la Voie lactée, explique que « ces données seront utiles pour progresser dans la compréhension de l'évolution galactique, au fur et à mesure que des simulations de plus en plus détaillées de la formation de notre galaxie sont faites, nécessitant des données plus complexes pour la comparaison."
"C'est une grande histoire d'intérêt humain que nous sommes maintenant en mesure de cartographier l'abondance de tous les éléments majeurs trouvés dans le corps humain à travers des centaines de milliers d'étoiles dans notre Voie lactée, " a déclaré Jennifer Johnson de l'Ohio State University. " Cela nous permet de placer des contraintes sur quand et où dans notre galaxie la vie avait les éléments nécessaires pour évoluer, une sorte de 'zone habitable galactique temporelle'".
Le catalogue des abondances chimiques à partir duquel ces cartes ont été générées a été rendu public dans le cadre de la treizième publication des données du SDSS, et est disponible gratuitement en ligne pour tous sur www.sdss.org .
