Des chercheurs de la Michigan State University (MSU) ont découvert que l'une des réactions les plus importantes de l'univers peut obtenir une impulsion énorme et inattendue à l'intérieur d'étoiles explosives connues sous le nom de supernovae.

Cette découverte remet également en question les idées sur la façon dont certains des éléments lourds de la Terre sont fabriqués. En particulier, il bouleverse une théorie expliquant les quantités inhabituellement élevées de certaines formes sur la planète, ou des isotopes, des éléments ruthénium et molybdène.

"C'est surprenant, " a déclaré Luke Roberts, professeur assistant à la Facility for Rare Isotope Beams, FRIB, et le Département de physique et d'astronomie, à MSU. Roberts a mis en œuvre le code informatique que l'équipe a utilisé pour modéliser l'environnement à l'intérieur d'une supernova. "Nous avons certainement passé beaucoup de temps à nous assurer que les résultats étaient corrects."

Les résultats, publié en ligne le 2 décembre dans la revue La nature , montrent que les régions les plus internes des supernovae peuvent forger des atomes de carbone plus de 10 fois plus rapidement qu'on ne le pensait auparavant. Cette création de carbone se produit par une réaction connue sous le nom de processus triple-alpha.

"La réaction triple-alpha est, De plusieurs façons, la réaction la plus importante. Il définit notre existence, " a déclaré Hendrik Schatz, l'un des collaborateurs de Roberts. Schatz est professeur émérite d'université au Département de physique et d'astronomie et à l'Installation pour les faisceaux d'isotopes rares et directeur du Joint Institute for Nuclear Astrophysics—Center for the Evolution of the Elements, ou JINA-CEE.

Presque tous les atomes qui composent la Terre et tout ce qui s'y trouve, personnes incluses, ont été forgés dans les étoiles. Les fans du regretté auteur et scientifique Carl Sagan se souviendront peut-être de sa célèbre citation, "Nous sommes tous faits de trucs de stars." Peut-être qu'aucune substance d'étoile n'est plus importante pour la vie sur Terre que le carbone produit dans le cosmos par le processus triple-alpha.

Le processus commence avec les particules alpha, qui sont les noyaux des atomes d'hélium, ou des noyaux. Chaque particule alpha est composée de deux protons et de deux neutrons.

Dans le processus triple-alpha, les étoiles fusionnent trois particules alpha, créer une nouvelle particule avec six protons et six neutrons. C'est la forme de carbone la plus répandue dans l'univers. Il existe d'autres isotopes fabriqués par d'autres processus nucléaires, mais ceux-ci représentent un peu plus de 1% des atomes de carbone de la Terre.

Toujours, la fusion de trois particules alpha ensemble est généralement un processus inefficace, Roberts a dit, à moins que quelque chose ne l'aide. L'équipe Spartan a révélé que les régions les plus internes des supernovae peuvent avoir de tels assistants flottants :des protons en excès. Ainsi, une supernova riche en protons peut accélérer la réaction triple alpha.

Mais l'accélération de la réaction triple-alpha freine également la capacité de la supernova à fabriquer des éléments plus lourds du tableau périodique, dit Roberts. Ceci est important car les scientifiques ont longtemps cru que les supernovae riches en protons ont créé l'abondance surprenante de la Terre de certains isotopes du ruthénium et du molybdène, qui contiennent plus de 100 protons et neutrons.

"Vous ne fabriquez pas ces isotopes ailleurs, ", a déclaré Roberts.

Mais sur la base de la nouvelle étude, vous ne les fabriquez probablement pas dans des supernovae riches en protons, Soit.

"Ce que je trouve fascinant, c'est que vous devez maintenant trouver une autre façon d'expliquer leur existence. Ils ne devraient pas être ici avec cette abondance, " Schatz a dit des isotopes. " Il n'est pas facile de trouver des alternatives. "

"C'est une sorte de déception d'une certaine manière, " a déclaré l'initiateur du projet, Sam Austin, un professeur émérite émérite de la MSU et ancien directeur du National Superconducting Cyclotron Laboratory, Le prédécesseur du FRIB. "Nous pensions que nous le savions, mais nous ne le savons pas assez bien."

Il y a d'autres idées, les chercheurs ont ajouté, mais aucun que les scientifiques nucléaires trouvent complètement satisfaisant. Aussi, aucune théorie existante n'inclut encore cette nouvelle découverte.

"Quoi qu'il arrive ensuite, vous devez considérer les effets d'une réaction triple-alpha accélérée. C'est un puzzle intéressant, " a déclaré Schatz.

Bien que l'équipe n'ait pas de solution immédiate à ce casse-tête, les chercheurs ont déclaré que cela aurait un impact sur les expériences à venir au FRIB, à MSU, qui a récemment été désignée comme une installation utilisateur du Département de l'énergie des États-Unis (DOE-SC).

Par ailleurs, MSU fournit un terrain fertile pour la germination de nouvelles théories. Il abrite le programme d'études supérieures le mieux classé du pays pour la formation de la prochaine génération de physiciens nucléaires. C'est également une institution centrale de JINA qui promeut des collaborations entre la physique nucléaire et l'astrophysique comme celle-ci, qui comprenait également Shilun Jin. Jin a travaillé sur le projet en tant que postdoctorant MSU et a depuis rejoint l'Académie chinoise des sciences.

Donc, bien qu'Austin ait exprimé une petite déception que ce résultat contredise les notions de longue date de la création d'éléments, il sait également que cela alimentera de nouvelles sciences et une meilleure compréhension de l'univers.

"Le progrès vient quand il y a une contradiction, " il a dit.

"Nous aimons le progrès, " a déclaré Schatz. " Même quand cela détruit notre théorie préférée. "