Nous sommes tous, littéralement, fait de poussière d'étoile. De nombreux produits chimiques qui composent notre planète et notre corps ont été formés directement par les étoiles. Maintenant, une nouvelle étude utilisant les observations du télescope spatial Spitzer de la NASA rapporte pour la première fois que la silice, l'un des minéraux les plus courants sur Terre, se forme lorsque des étoiles massives explosent.

Regardez autour de vous en ce moment et il y a de fortes chances que vous voyiez de la silice (dioxyde de silicium, SiO 2 ) sous une forme ou une autre. Composant majeur de nombreux types de roches sur Terre, la silice est utilisée dans les mélanges industriels de sable et de gravier pour fabriquer du béton pour les trottoirs, routes et bâtiments. Une forme de silice, quartz, est un composant majeur du sable trouvé sur les plages le long des côtes américaines. La silice est un ingrédient clé du verre, y compris le verre plat pour les fenêtres, ainsi que la fibre de verre. La plupart du silicium utilisé dans les appareils électroniques provient de la silice.

Au total, la silice représente environ 60 pour cent de la croûte terrestre. Sa présence généralisée sur Terre n'est pas surprenante, comme la poussière de silice a été trouvée dans tout l'univers et dans des météorites antérieures à notre système solaire. Une source connue de poussière cosmique sont les étoiles AGB, ou des étoiles avec à peu près la masse du Soleil qui manquent de carburant et gonflent jusqu'à plusieurs fois leur taille d'origine pour former une étoile géante rouge. (Les étoiles AGB sont un type d'étoile géante rouge.) Mais la silice n'est pas un composant majeur de la poussière d'étoile AGB, et les observations n'avaient pas précisé si ces étoiles pouvaient être le principal producteur de poussière de silice observée dans tout l'univers.

La nouvelle étude rapporte la détection de silice dans deux restes de supernova, appelé Cassiopée A et G54.1+0.3. Une supernova est une étoile beaucoup plus massive que le Soleil qui manque du carburant qui brûle dans son noyau, le faisant s'effondrer sur lui-même. La chute rapide de la matière crée une explosion intense qui peut fusionner des atomes pour créer des éléments "lourds", comme le soufre, calcium et silicium.

Empreintes chimiques

Pour identifier la silice dans Cassiopée A et G54.1+0.3, l'équipe a utilisé des données d'archives de l'instrument IRS de Spitzer et une technique appelée spectroscopie, qui prend la lumière et révèle les longueurs d'onde individuelles qui la composent. (Vous pouvez observer cet effet lorsque la lumière du soleil traverse un prisme de verre et produit un arc-en-ciel :les différentes couleurs sont les longueurs d'onde individuelles de la lumière qui sont généralement mélangées et invisibles à l'œil nu.)

Les éléments chimiques et les molécules émettent chacun des longueurs d'onde de lumière très spécifiques, ce qui signifie qu'ils ont chacun une "empreinte digitale" spectrale distincte que les spectrographes de haute précision peuvent identifier. Afin de découvrir l'empreinte spectrale d'une molécule donnée, les chercheurs s'appuient souvent sur des modèles (généralement réalisés avec des ordinateurs) qui recréent les propriétés physiques de la molécule. L'exécution d'une simulation avec ces modèles révèle ensuite l'empreinte spectrale de la molécule.

Mais des facteurs physiques peuvent influencer subtilement les longueurs d'onde émises par les molécules. Ce fut le cas avec Cassiopeia A. Bien que les données de spectroscopie de Cassiopeia A aient montré des longueurs d'onde proches de celles attendues de la silice, les chercheurs ne pouvaient pas faire correspondre les données avec un élément ou une molécule en particulier.

Jeonghi Rho, astronome à l'institut SETI de Mountain View, Californie, et l'auteur principal du nouveau document, pensé que peut-être la forme des grains de silice pourrait être la source de l'écart, car les modèles de silice existants supposaient que les grains étaient parfaitement sphériques.

Elle a commencé à construire des modèles qui comprenaient des grains avec des formes non sphériques. Ce n'est que lorsqu'elle a terminé un modèle qui supposait que tous les grains n'étaient pas sphériques mais, plutôt, en forme de ballon de football que le modèle "a vraiment clairement produit la même caractéristique spectrale que nous voyons dans les données de Spitzer, " dit Rho.

Rho et ses coauteurs sur l'article ont ensuite trouvé la même caractéristique dans un deuxième reste de supernova, G54.1+0.3. Les grains allongés peuvent renseigner les scientifiques sur les processus exacts qui ont formé la silice.

Les auteurs ont également combiné les observations des deux restes de supernova de Spitzer avec les observations de l'observatoire spatial Herschel de l'Agence spatiale européenne afin de mesurer la quantité de silice produite par chaque explosion. Herschel détecte différentes longueurs d'onde de lumière infrarouge que Spitzer. Les chercheurs ont examiné l'ensemble des longueurs d'onde fournies par les deux observatoires et identifié la longueur d'onde à laquelle la poussière a son pic de luminosité. Cette information peut être utilisée pour mesurer la température de la poussière, et la luminosité et la température sont nécessaires pour mesurer la masse. Le nouveau travail implique que la silice produite par les supernovas au fil du temps était suffisamment importante pour contribuer à la poussière dans tout l'univers, y compris la poussière qui s'est finalement rassemblée pour former notre planète natale.

L'étude a été publiée le 24 octobre, 2018, dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society , et cela confirme que chaque fois que nous regardons à travers une fenêtre, descendre le trottoir ou mettre le pied sur une plage de galets, nous interagissons avec un matériau fabriqué par l'explosion d'étoiles qui ont brûlé il y a des milliards d'années.