L'astronome Carl Sagan l'a bien dit:"Nous sommes faits de trucs d'étoiles." Les atomes qui composent les produits chimiques de notre corps ne sont pas originaires de la Terre ; ils sont venus de l'espace lointain. Le big bang a créé de l'hydrogène, de l'hélium et un peu de lithium, mais les atomes plus lourds - ceux qui sont essentiels à la vie - sont issus de processus liés aux étoiles.

Les scientifiques peuvent maintenant sonder plus profondément. Quels types de processus stellaires produisent quels éléments ? Et de quels types de stars s'agit-il ?

Une nouvelle expérience appelée TIGERISS, envisagée pour la Station spatiale internationale, vise à le découvrir. TIGERISS a été choisi comme la dernière mission des pionniers de l'astrophysique de la NASA.

Les pionniers sont des missions d'astrophysique à petite échelle qui permettent des investigations innovantes sur les phénomènes cosmiques. Ils peuvent inclure des expériences conçues pour voler sur de petits satellites, des ballons scientifiques, la station spatiale et des charges utiles qui pourraient orbiter ou atterrir sur la Lune.

Plus tôt cette année, les quatre concepts de mission Pioneers précédents, choisis en janvier 2021, ont reçu le feu vert pour aller de l'avant avec la construction et ont été approuvés pour voler plus tard cette décennie.

"Les missions Pioneer sont une opportunité inestimable pour les scientifiques en début et en milieu de carrière de mener des enquêtes astrophysiques convaincantes, tout en acquérant une véritable expérience dans la construction d'instruments spatiaux", a déclaré Mark Clampin, directeur de la division astrophysique au siège de la NASA à Washington. "Avec TIGERISS, les Pionniers étendent leur portée à la station spatiale, qui offre une plate-forme unique pour explorer l'univers."

Œil du TIGRE

Le chercheur principal de TIGERISS Brian Rauch, professeur agrégé de recherche en physique à l'Université de Washington à St. Louis, travaille sur les questions d'origines élémentaires et de particules de haute énergie depuis qu'il y est étudiant. Pendant près de trois ans à l'université, Rauch a travaillé sur un détecteur de particules appelé Trans-Iron Galactic Element Recorder, ou TIGER. L'expérience a eu son premier vol en ballon en 1995; des vols en ballon de longue durée ont également lancé une version de TIGER depuis l'Antarctique en 2001 à 2002 et 2003 à 2004.

Au fur et à mesure que Rauch progressait dans sa carrière de chercheur, il a aidé TIGER à évoluer vers le SuperTIGER plus sophistiqué. Le 8 décembre 2012, SuperTIGER a été lancé depuis l'Antarctique lors de son premier vol, naviguant à une altitude moyenne de 125 000 pieds et établissant un nouveau record du plus long vol scientifique en ballon - 55 jours. SuperTIGER a également volé pendant 32 jours de décembre 2019 à janvier 2020. L'expérience a mesuré l'abondance des éléments du tableau périodique jusqu'au baryum, numéro atomique 56.

Sur la Station spatiale internationale, la famille d'instruments TIGER atteindra de nouveaux sommets. Sans l'interférence de l'atmosphère terrestre, l'expérience TIGERISS effectuera des mesures à plus haute résolution et captera des particules lourdes qui ne seraient pas possibles avec un ballon scientifique. Un perchoir sur la station spatiale permettra également une expérience physique plus grande - 3,2 pieds (1 mètre) de côté - que celle qui pourrait tenir sur un petit satellite, augmentant ainsi la taille potentielle du détecteur. Et l'expérience pourrait durer plus d'un an, contre moins de deux mois sur un vol en montgolfière. Les chercheurs prévoient de pouvoir mesurer des éléments individuels aussi lourds que le plomb, numéro atomique 82.

Des trucs d'étoiles

Toutes les étoiles existent dans un équilibre délicat - elles doivent produire suffisamment d'énergie pour contrer leur propre gravité. Cette énergie provient de la fusion d'éléments pour en faire des éléments plus lourds, notamment le carbone, l'azote et l'oxygène, qui sont importants pour la vie telle que nous la connaissons. Mais une fois qu'une étoile géante essaie de fusionner des atomes de fer, la réaction ne génère pas assez de puissance pour combattre la gravité et le noyau de l'étoile s'effondre.

Cela déclenche une explosion connue sous le nom de supernova, dans laquelle des ondes de choc rejettent tous ces éléments lourds qui avaient été fabriqués dans le noyau de l'étoile. L'explosion elle-même crée également des éléments lourds et les accélère presque à la vitesse de la lumière, des particules que les scientifiques appellent les "rayons cosmiques".

Mais ce n'est pas la seule façon dont les atomes lourds peuvent se former. Lorsqu'un reste superdense d'une supernova appelée étoile à neutrons entre en collision avec une autre étoile à neutrons, leur fusion cataclysmique crée également des éléments lourds.

TIGERISS ne sera pas en mesure de signaler des collisions particulières de supernovae ou d'étoiles à neutrons, mais "ajouterait un contexte sur la façon dont ces éléments en mouvement rapide sont accélérés et voyagent à travers la galaxie", a déclaré Rauch.

Dans quelle mesure les fusions de supernovae et d'étoiles à neutrons contribuent-elles chacune à la fabrication d'éléments lourds ? "C'est la question la plus intéressante que nous puissions espérer aborder", a déclaré Rauch.

"Les mesures de TIGERISS sont essentielles pour comprendre comment notre galaxie crée et distribue la matière", a déclaré John Krizmanic, chercheur principal adjoint de TIGERISS basé au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.

TIGERISS fournira également des informations sur l'abondance générale des rayons cosmiques, qui présentent un danger pour les astronautes. + Explorer plus loin

Lancement d'un télescope à rayons cosmiques depuis l'Antarctique