D'où viennent la plupart des éléments essentiels à la vie sur Terre ? La réponse :à l'intérieur des fournaises des étoiles et des explosions qui marquent la fin de la vie de certaines étoiles.

Les astronomes étudient depuis longtemps les étoiles explosées et leurs restes - connus sous le nom de "restes de supernova" - pour mieux comprendre exactement comment les étoiles produisent puis diffusent de nombreux éléments observés sur Terre, et dans le cosmos en général.

En raison de son statut évolutif unique, Cassiopée A (Cas A) est l'un des restes de supernova les plus étudiés. Une nouvelle image de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA montre l'emplacement de différents éléments dans les restes de l'explosion :silicium (rouge), soufre (jaune), calcium (vert) et fer (violet). Chacun de ces éléments produit des rayons X dans des gammes d'énergie étroites, permettant de créer des cartes de leur emplacement. L'onde de choc de l'explosion est considérée comme l'anneau extérieur bleu.

Les télescopes à rayons X tels que Chandra sont importants pour étudier les restes de supernova et les éléments qu'ils produisent, car ces événements génèrent des températures extrêmement élevées - des millions de degrés - voire des milliers d'années après l'explosion. Cela signifie que de nombreux restes de supernova, dont Cas A, brillent le plus fortement aux longueurs d'onde des rayons X qui sont indétectables avec d'autres types de télescopes.

La vision nette des rayons X de Chandra permet aux astronomes de recueillir des informations détaillées sur les éléments produits par des objets comme Cas A. Par exemple, ils sont non seulement capables d'identifier de nombreux éléments présents, mais combien de chacun est expulsé dans l'espace interstellaire.

Les données de Chandra indiquent que la supernova qui a produit Cas A a produit des quantités prodigieuses d'ingrédients cosmiques clés. Cas A a dispersé environ 10, 000 masses terrestres d'une valeur de soufre seul, et environ 20, 000 masses terrestres de silicium. Le fer dans Cas A a une masse d'environ 70, 000 fois celle de la Terre, et les astronomes détectent qu'un million de masses terrestres d'oxygène sont éjectées dans l'espace par Cas A, équivalent à environ trois fois la masse du Soleil. (Même si l'oxygène est l'élément le plus abondant dans Cas A, son émission de rayons X est répartie sur une large gamme d'énergies et ne peut être isolée dans cette image, contrairement aux autres éléments qui sont montrés.)

Les astronomes ont trouvé d'autres éléments dans Cas A en plus de ceux montrés dans cette nouvelle image de Chandra. Carbone, azote, le phosphore et l'hydrogène ont également été détectés à l'aide de divers télescopes qui observent différentes parties du spectre électromagnétique. Combiné à la détection d'oxygène, cela signifie tous les éléments nécessaires à la fabrication de l'ADN, la molécule porteuse de l'information génétique, se trouvent dans Cas A.

L'oxygène est l'élément le plus abondant dans le corps humain (environ 65% en masse), le calcium aide à former et à maintenir des os et des dents sains, et le fer est une partie vitale des globules rouges qui transportent l'oxygène dans le corps. Tout l'oxygène du système solaire provient de l'explosion d'étoiles massives. Environ la moitié du calcium et environ 40 % du fer proviennent également de ces explosions, le reste de ces éléments étant fourni par des explosions de plus petite masse, étoiles naines blanches.

Bien que la date exacte ne soit pas confirmée, de nombreux experts pensent que l'explosion stellaire qui a créé Cas A s'est produite vers l'année 1680 dans la période de temps de la Terre. Les astronomes estiment que l'étoile condamnée était environ cinq fois la masse du Soleil juste avant qu'elle n'explose. On estime que l'étoile a commencé sa vie avec une masse environ 16 fois celle du Soleil, et a perdu environ les deux tiers de cette masse dans un vent vigoureux soufflant de l'étoile plusieurs centaines de milliers d'années avant l'explosion.

Plus tôt dans sa vie, l'étoile a commencé à fusionner l'hydrogène et l'hélium dans son noyau en éléments plus lourds par le processus connu sous le nom de "nucléosynthèse". L'énergie produite par la fusion d'éléments de plus en plus lourds a équilibré l'étoile contre la force de gravité. Ces réactions se sont poursuivies jusqu'à ce qu'elles forment du fer dans le noyau de l'étoile. À ce point, une nucléosynthèse plus poussée consommerait plutôt qu'elle produirait de l'énergie, la gravité a donc provoqué l'implosion de l'étoile et la formation d'un noyau stellaire dense connu sous le nom d'étoile à neutrons.

Le moyen exact par lequel une explosion massive est produite après l'implosion est compliqué, et un sujet d'étude intense, mais finalement le matériau tombant à l'extérieur de l'étoile à neutrons a été transformé par d'autres réactions nucléaires car il a été expulsé vers l'extérieur par l'explosion de la supernova.

Chandra a observé à plusieurs reprises Cas A depuis le lancement du télescope dans l'espace en 1999. Les différents ensembles de données ont révélé de nouvelles informations sur l'étoile à neutrons dans Cas A, les détails de l'explosion, et des détails sur la façon dont les débris sont éjectés dans l'espace.