Une image au microscope électronique d'une supernova de carbure de silicium de la taille d'un micron, SiC, grain de poussière d'étoile (en bas à droite) extrait d'une météorite primitive. Ces grains ont pris naissance il y a plus de 4,6 milliards d'années dans les cendres de supernovae de type II, illustré ici (en haut à gauche) par une image du télescope spatial Hubble de la nébuleuse du Crabe, les restes d'une explosion de supernova en 1054. L'analyse en laboratoire de ces minuscules grains de poussière fournit des informations uniques sur ces explosions stellaires massives. (1 μm est un millionième de mètre.) Crédit :Crédits image :NASA et Larry Nittler.
La poussière est partout, pas seulement dans votre grenier ou sous votre lit, mais aussi dans l'espace. Aux astronomes, la poussière peut être gênante en bloquant la lumière des étoiles lointaines, ou cela peut être un outil pour étudier l'histoire de notre univers, galaxie, et système solaire.
Par exemple, les astronomes ont essayé d'expliquer pourquoi certaines découvertes lointaines, mais jeune, les galaxies contiennent des quantités massives de poussière. Ces observations indiquent que les supernovae de type II - des explosions d'étoiles plus de dix fois plus massives que le Soleil - produisent d'abondantes quantités de poussière, mais comment et quand ils le font n'est pas bien compris.
Nouveaux travaux d'une équipe de cosmochimistes de Carnegie publiés par Avancées scientifiques rapporte des analyses de grains de poussière riches en carbone extraits de météorites qui montrent que ces grains se sont formés dans les écoulements d'une ou plusieurs supernovae de type II plus de deux ans après l'explosion des étoiles progénitrices. Cette poussière a ensuite été soufflée dans l'espace pour être finalement incorporée dans de nouveaux systèmes stellaires, y compris dans ce cas, notre propre.
Les chercheurs, dirigés par la chercheuse postdoctorale Nan Liu, avec Larry Nittler, Conel Alexandre, et Jianhua Wang du département de magnétisme terrestre de Carnegie - sont arrivés à leur conclusion non pas en étudiant les supernovae avec des télescopes. Plutôt, ils ont analysé le carbure de silicium microscopique, SiC, des grains de poussière qui se sont formés dans les supernovae il y a plus de 4,6 milliards d'années et ont été piégés dans des météorites lorsque notre système solaire s'est formé à partir des cendres des générations d'étoiles précédentes de la galaxie.
Certaines météorites sont connues depuis des décennies pour contenir un enregistrement des éléments constitutifs originaux du système solaire, y compris les grains de poussière d'étoiles qui se sont formés dans les générations d'étoiles précédentes.
"Parce que ces grains présolaires sont littéralement de la poussière d'étoile qui peut être étudiée en détail en laboratoire, " a expliqué Nittler, "ce sont d'excellentes sondes d'une gamme de processus astrophysiques."
Pour cette étude, l'équipe a entrepris d'étudier le moment de la formation de poussière de supernova en mesurant des isotopes - des versions d'éléments avec le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons - dans de rares grains de carbure de silicium présolaires avec des compositions indiquant qu'ils se sont formés dans des supernovae de type II.
Certains isotopes permettent aux scientifiques d'établir un calendrier pour les événements cosmiques, car ils sont radioactifs. Dans ces cas, le nombre de neutrons présents dans l'isotope le rend instable. Pour gagner en stabilité, il libère des particules énergétiques d'une manière qui modifie le nombre de protons et de neutrons, le transmuter en un élément différent.
L'équipe Carnegie s'est concentrée sur un isotope rare du titane, titane-49, car cet isotope est le produit de la désintégration radioactive du vanadium-49 qui se produit lors des explosions de supernova et se transmute en titane-49 avec une demi-vie de 330 jours. La quantité de titane-49 incorporée dans un grain de poussière de supernova dépend donc du moment où le grain se forme après l'explosion.
En utilisant un spectromètre de masse à la pointe de la technologie pour mesurer les isotopes du titane dans les grains de SiC de supernova avec une bien meilleure précision que ce qui aurait pu être obtenu par des études précédentes, l'équipe a découvert que les grains devaient s'être formés au moins deux ans après l'explosion de leurs étoiles mères massives.
Parce que les grains de graphite de supernova présolaire sont isotopiquement similaires à bien des égards aux grains de SiC, l'équipe soutient également que le délai de formation retardé s'applique généralement à la poussière de supernova riche en carbone, en accord avec certains calculs théoriques récents.
"Ce processus de formation de poussière peut se produire en continu pendant des années, avec la poussière qui s'accumule lentement au fil du temps, qui s'aligne avec les observations des astronomes sur des quantités variables de poussière entourant les sites d'explosions stellaires, " a ajouté l'auteur principal Liu. " Alors que nous en apprenons davantage sur les sources de poussière, nous pouvons acquérir des connaissances supplémentaires sur l'histoire de l'univers et sur l'évolution des divers objets stellaires qu'il contient."
