Depuis le Big Bang, l’univers précoce avait de l’hydrogène, de l’hélium et une faible quantité de lithium. Plus tard, certains éléments plus lourds, y compris le fer, ont été forgés dans des étoiles. Mais l’un des plus grands mystères de l’astrophysique est: comment les premiers éléments plus lourds que le fer, comme l’or, ont été créés et distribués dans tout l’univers? Dans de nouvelles recherches, les astronomes de l’Université de Columbia et ailleurs ont calculé qu’une seule fusée dans un magnétar peut produire l’équivalent de masse de 27 lunes de ces éléments en une seule fois.
Pendant des décennies, les astronomes n’avaient que des théories sur l’origine de certains des éléments les plus lourds dans la nature, comme l’or, l’uranium et le platine.
Mais en jetant un nouveau regard sur les anciennes données d’archives, les chercheurs estiment désormais que jusqu’à 10% de ces éléments lourds de la Voie lactée sont dérivés des éjections des étoiles à neutrons hautement magnétisées, appelées magnétars.
« Jusqu’à récemment, les astronomes avaient involontairement négligé le rôle que les magnétars, essentiellement morts de supernovae, pourraient jouer dans la formation des premières galaxies », a déclaré le professeur de l’Ohio State University, Todd Thompson.
« Les étoiles à neutrons sont des objets très exotiques et très denses qui sont célèbres pour avoir de très grands champs magnétiques très forts. Ils sont près d’être des trous noirs, mais ne le sont pas. »
Bien que les origines des éléments lourds aient longtemps été un mystère silencieux, les scientifiques savaient qu’ils ne pouvaient se former que dans des conditions spéciales par une méthode appelée R-processus (ou processus de capture de neutrron rapide), un ensemble de réactions nucléaires uniques et complexes.
Ils ont vu ce processus en action lorsqu’ils ont détecté la collision de deux étoiles à neutrons super denses en 2017.
Cet événement, capturé à l’aide de télescopes de la NASA, de l’observatoire d’ondes gravitationnelles interféromètres laser (LIGO) et d’autres instruments, a fourni la première preuve directe que des métaux lourds étaient créés par les forces célestes.
Mais d’autres preuves ont montré que d’autres mécanismes pourraient être nécessaires pour tenir compte de tous ces éléments, car les collisions d’étoiles à neutrons pourraient ne pas produire des éléments lourds assez rapidement dans l’univers précoce.
S’appuyer sur ces indices a aidé le professeur Thompson et ses collègues à reconnaître que de puissantes fusées magnétaires pourraient en effet servir d’éjecteurs potentiels d’éléments lourds, une constatation confirmée par des observations de 20 ans sur la poussée de magnétar SGR 1806-20.
En analysant cet événement Flare, les chercheurs ont déterminé que la décroissance radioactive des éléments nouvellement créés correspondait à leurs prédictions théoriques sur le moment et les types d’énergies publiées par une fusée magnétar après avoir éjecté des éléments de processus R lourds.
« Ce n’est vraiment que la deuxième fois que nous voyons directement une preuve de la forme de ces éléments, la première étant des fusions de star neutrons », a déclaré le professeur de l’Université de Columbia, Brian Metzger.
«C’est un saut substantiel dans notre compréhension de la production d’éléments lourds.»
« C’est assez incroyable de penser que certains des éléments lourds qui nous entourent, comme les métaux précieux de nos téléphones et ordinateurs, sont produits dans ces environnements extrêmes fous », a déclaré Anirudh Patel, candidat au doctorat à l’Université Columbia.
Les chercheurs ont également théorisé que les fusées magnétaires produisent des rayons cosmiques lourds, des particules à grande vitesse dont l’origine physique reste inconnue.
«J’adore les nouvelles idées sur le fonctionnement des systèmes, le fonctionnement des nouvelles découvertes, le fonctionnement de l’univers», a déclaré le professeur Thompson.
« C’est pourquoi les résultats comme celui-ci sont vraiment excitants. »
