L'analyse du contenu météoritique a été cruciale pour faire progresser nos connaissances sur l'origine et l'évolution de notre système solaire. Certaines météorites contiennent également des grains de poussière d'étoile. Ces grains sont antérieurs à la formation de notre système solaire et fournissent maintenant des informations importantes sur la formation des éléments de l'univers.

En collaboration avec une équipe internationale, Des physiciens nucléaires du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie (DOE) ont fait une découverte clé liée à l'analyse des "grains présolaires" trouvés dans certaines météorites. Cette découverte a mis en lumière la nature des explosions stellaires et l'origine des éléments chimiques. Il a également fourni une nouvelle méthode pour la recherche astronomique.

"De minuscules grains présolaires, environ un micron, sont les résidus d'explosions stellaires dans un passé lointain, bien avant l'existence de notre système solaire, " a déclaré Dariusz Seweryniak, physicien nucléaire expérimental dans la division de physique d'Argonne. Les débris stellaires des explosions se sont finalement coincés dans des météorites qui se sont écrasées sur la Terre.

Les grandes explosions stellaires sont de deux types. L'une appelée « nova » implique un système d'étoiles binaires, où une étoile principale est en orbite autour d'une étoile naine blanche, une étoile extrêmement dense qui peut être de la taille de la Terre mais qui a la masse de notre soleil. La matière de l'étoile principale est continuellement attirée par la naine blanche en raison de son champ gravitationnel intense. Ce matériau déposé initie une explosion thermonucléaire tous les 1, 000 à 100, 000 ans, et la naine blanche éjecte l'équivalent de la masse de plus de trente Terres dans l'espace interstellaire. Dans une "supernova, " une seule étoile en train de s'effondrer explose et éjecte la majeure partie de sa masse.

Nova et supernova sont les sources des éruptions stellaires les plus fréquentes et les plus violentes de notre Galaxie, et pour cette raison, ils font l'objet d'intenses recherches astronomiques depuis des décennies. On a beaucoup appris d'eux, par exemple, sur l'origine des éléments les plus lourds.

"Une nouvelle façon d'étudier ces phénomènes est d'analyser la composition chimique et isotopique des grains présolaires dans les météorites, " a expliqué Seweryniak. " Une réaction nucléaire spécifique qui se produit dans la nova et la supernova - la capture de protons sur un isotope du chlore - est particulièrement importante pour nos recherches, que nous ne pouvons étudier qu'indirectement en laboratoire. "

En menant leurs recherches, l'équipe a lancé une nouvelle approche pour la recherche en astrophysique. Il implique l'utilisation du Gamma-Ray Energy Tracking In-beam Array (GRETINA) couplé à l'analyseur de masse de fragments du système d'accélérateur linéaire Argonne Tandem (ATLAS), une installation d'utilisateurs du DOE Office of Science pour la physique nucléaire. GRETINA est un système de détection de pointe capable de tracer le trajet des rayons gamma émis par les réactions nucléaires. C'est l'un des deux seuls systèmes de ce type au monde.

Avec GRETINA, l'équipe a réalisé la première étude détaillée de spectroscopie gamma d'un noyau astronomiquement important d'un isotope, argon-34. A partir des données, ils ont calculé la vitesse de réaction nucléaire impliquant la capture de protons sur un isotope du chlore (chlore-33).

"À son tour, nous avons pu calculer les ratios de divers isotopes de soufre produits dans les explosions stellaires, qui permettra aux astrophysiciens de déterminer si un grain présolaire particulier est d'origine nova ou supernova, ", a déclaré Seweryniak. L'équipe a également appliqué les données acquises pour mieux comprendre la synthèse des éléments dans les explosions stellaires.

L'équipe prévoit de poursuivre ses recherches avec GRETINA dans le cadre d'un effort mondial visant à parvenir à une compréhension globale de la nucléosynthèse des éléments dans les explosions stellaires.