Alors que les étoiles mourantes prennent leurs derniers souffles de vie, ils répandent doucement leurs cendres dans le cosmos à travers les magnifiques nébuleuses planétaires. Ces cendres, se propager par les vents stellaires, sont enrichis de nombreux éléments chimiques différents, y compris le carbone.

Les conclusions d'une étude publiée aujourd'hui dans Astronomie de la nature montrer que les derniers souffles de ces étoiles mourantes, appelées naines blanches, faire la lumière sur l'origine du carbone dans la Voie lactée.

"Les découvertes posent de nouvelles, des contraintes strictes sur comment et quand le carbone a été produit par les étoiles de notre galaxie, se retrouver dans la matière première à partir de laquelle le Soleil et son système planétaire se sont formés il y a 4,6 milliards d'années, " dit Jeffrey Cummings, chercheur associé au département de physique et d'astronomie de l'Université Johns Hopkins et auteur de l'article.

L'origine du carbone, un élément essentiel à la vie sur Terre, dans la galaxie de la Voie lactée fait encore débat parmi les astrophysiciens :certains sont favorables à des étoiles de faible masse qui ont soufflé leurs enveloppes riches en carbone par des vents stellaires devenus des naines blanches, et d'autres placent le site principal de la synthèse du carbone dans les vents d'étoiles massives qui ont finalement explosé en supernovae.

À l'aide des données de l'observatoire Keck près du sommet du volcan Mauna Kea à Hawaï recueillies entre août et septembre 2018, les chercheurs ont analysé des naines blanches appartenant aux amas ouverts d'étoiles de la Voie lactée. Les amas ouverts sont des groupes de quelques milliers d'étoiles maintenus ensemble par attraction gravitationnelle mutuelle.

De cette analyse, l'équipe de recherche a mesuré les masses des naines blanches, et en utilisant la théorie de l'évolution stellaire, également calculé leurs masses à la naissance.

Le lien entre les masses de naissance et les masses finales des naines blanches s'appelle la relation de masse initiale-finale, un diagnostic fondamental en astrophysique qui contient les cycles de vie entiers des étoiles. Des recherches antérieures ont toujours trouvé une relation linéaire croissante :plus l'étoile est massive à la naissance, plus la naine blanche est massive à sa mort.

Mais lorsque Cummings et ses collègues ont calculé la relation de masse initiale-finale, ils ont été choqués de découvrir que les naines blanches de ce groupe d'amas ouverts avaient des masses plus importantes que les astrophysiciens ne le pensaient auparavant. Cette découverte, ils ont compris, a cassé la tendance linéaire que d'autres études ont toujours trouvée. En d'autres termes, les étoiles nées il y a environ 1 milliard d'années dans la Voie lactée n'ont pas produit de naines blanches d'environ 0,60-0,65 masses solaires, comme on le croyait communément, mais ils sont morts en laissant derrière eux des restes plus massifs d'environ 0,7-0,75 masses solaires.

Les chercheurs disent que cette inflexion dans la tendance explique comment le carbone des étoiles de faible masse s'est introduit dans la Voie lactée. Dans les dernières phases de leur vie, des étoiles deux fois plus massives que le Soleil de la Voie Lactée ont produit de nouveaux atomes de carbone dans leurs intérieurs chauds, les a transportés à la surface et les a finalement propagés dans l'environnement interstellaire environnant par le biais de vents stellaires doux. Les modèles stellaires de l'équipe de recherche indiquent que le décapage du manteau externe riche en carbone s'est produit assez lentement pour permettre aux noyaux centraux de ces étoiles, les futures naines blanches, de croître considérablement en masse.

L'équipe a calculé que les étoiles devaient avoir au moins 1,5 masse solaire pour répandre ses cendres riches en carbone à la mort.

Les résultats, selon Paola Marigo, professeur de physique et d'astronomie à l'Université de Padoue et premier auteur de l'étude, aide les scientifiques à comprendre les propriétés des galaxies dans l'univers. En combinant les théories de la cosmologie et de l'évolution stellaire, les chercheurs s'attendent à ce que les étoiles brillantes riches en carbone soient proches de leur mort, comme les ancêtres des naines blanches analysées dans cette étude, contribuent actuellement à la lumière émise par des galaxies très lointaines. Cette lumière, qui porte la signature du carbone nouvellement produit, est régulièrement collecté par les grands télescopes de l'espace et de la Terre pour sonder l'évolution des structures cosmiques. Par conséquent, cette nouvelle compréhension de la façon dont le carbone est synthétisé dans les étoiles signifie également avoir un interprète plus fiable de la lumière de l'univers lointain.