Quel peut être le poids d’un élément ? Une équipe internationale de chercheurs a découvert que les étoiles anciennes étaient capables de produire des éléments d’une masse atomique supérieure à 260, soit plus lourds que n’importe quel élément du tableau périodique trouvé naturellement sur Terre. Cette découverte approfondit notre compréhension de la formation des éléments dans les étoiles.

Nous sommes littéralement constitués de stars. Les étoiles sont des usines d’éléments, où les éléments fusionnent ou se brisent constamment pour créer d’autres éléments plus légers ou plus lourds. Quand on parle d’éléments légers ou lourds, on parle de leur masse atomique. D'une manière générale, la masse atomique est basée sur le nombre de protons et de neutrons dans le noyau d'un atome de cet élément.

On sait que les éléments les plus lourds ne sont créés que dans les étoiles à neutrons via le processus de capture rapide des neutrons, ou processus r. Imaginez un seul noyau atomique flottant dans une soupe de neutrons. Soudainement, un groupe de ces neutrons reste collé au noyau en très peu de temps – généralement en moins d’une seconde – puis subit des modifications internes neutron-proton, et voilà ! Un élément lourd, comme l'or, le platine ou l'uranium, se forme.

Les éléments les plus lourds sont instables ou radioactifs, c'est-à-dire qu'ils se désintègrent avec le temps. Une façon d'y parvenir est de se diviser, un processus appelé fission.

"Le processus R est nécessaire si vous souhaitez fabriquer des éléments plus lourds que, par exemple, le plomb et le bismuth", explique Ian Roederer, professeur agrégé de physique à la North Carolina State University et auteur principal de la recherche. Roederer était auparavant à l'Université du Michigan.

"Il faut ajouter beaucoup de neutrons très rapidement, mais le problème est que cela nécessite beaucoup d'énergie et beaucoup de neutrons", explique Roederer. "Et le meilleur endroit pour trouver les deux est à la naissance ou à la mort d'une étoile à neutrons, ou lorsque les étoiles à neutrons entrent en collision et produisent les matières premières nécessaires au processus.

"Nous avons une idée générale du fonctionnement du processus R, mais les conditions du processus sont assez extrêmes", explique Roederer. "Nous n'avons pas une bonne idée du nombre de types différents de sites dans l'univers qui peuvent générer le processus R, nous ne savons pas comment se termine le processus R et nous ne pouvons pas répondre à des questions telles que combien de neutrons pouvez-vous ajouter ? Ou, quel peut être le poids d'un élément ? Nous avons donc décidé d'examiner les éléments qui pourraient être fabriqués par fission dans de vieilles étoiles bien étudiées pour voir si nous pouvions commencer à répondre à certaines de ces questions. "

L'équipe a jeté un nouveau regard sur les quantités d'éléments lourds dans 42 étoiles bien étudiées de la Voie Lactée. On savait que les étoiles contenaient des éléments lourds formés par le processus r dans les générations précédentes d’étoiles. En adoptant une vision plus large des quantités de chaque élément lourd trouvées dans ces étoiles collectivement, plutôt qu'individuellement comme c'est plus courant, ils ont identifié des modèles jusqu'alors méconnus. Le travail paraît dans la revue Science .

Ces modèles indiquaient que certains éléments répertoriés vers le milieu du tableau périodique, tels que l'argent et le rhodium, étaient probablement les restes de la fission des éléments lourds. L'équipe a pu déterminer que le processus R peut produire des atomes ayant une masse atomique d'au moins 260 avant leur fission.

"Ce 260 est intéressant car nous n'avons jamais détecté quoi que ce soit d'aussi lourd dans l'espace ou naturellement sur Terre, même lors des tests d'armes nucléaires", explique Roederer. "Mais les voir dans l'espace nous donne des indications sur la manière de réfléchir aux modèles et à la fission, et pourrait nous donner un aperçu de la façon dont la riche diversité d'éléments est née."

Plus d'informations : Ian U. Roederer et al, Les modèles d'abondance des éléments dans les étoiles indiquent la fission de noyaux plus lourds que l'uranium, Science (2023). DOI :10.1126/science.adf1341. www.science.org/doi/10.1126/science.adf1341

Informations sur le journal : Sciences

Fourni par l'Université d'État de Caroline du Nord