Tracer des points de plutonium sur le fond marin jusqu’aux formations stellaires pour les éléments lourds | La science

Les supernovae telles que la nébuleuse du crabe ont formé les éléments lourds trouvés sur Terre. Mais la fusion des étoiles à neutrons joue également un rôle.

Récipient; Qui – qui; NRAO / AUI / NSF; C. Dubner / Université de Buenos Aires

Écrit par Daniel Cleary

Avec la découverte de quelques centaines d’atomes radioactifs dans les sédiments du fond marin, les chercheurs ont confirmé que les débris explosifs d’une paire d’explosions stellaires ont balayé la Terre au cours des 10 derniers millions d’années – alors que les humains traversaient la planète Terre. À partir de cette source improbable, les chercheurs ont également trouvé des preuves importantes du processus r, les réactions nucléaires dans les explosions stellaires qui composent la plupart des éléments les plus lourds qui composent la Terre. Le rapport des différents atomes dans les sédiments indique que les éléments lourds ne se sont pas seulement formés dans les supernovae, les derniers éclats d’étoiles mourantes – comme les astrophysiciens l’ont longtemps cru. Au lieu de cela, ils ont indiqué que certains des éléments lourds provenaient d’explosions cosmiques très rares appelées kilonova, causées par la fusion de deux étoiles à neutrons.

Les découvertes de l’équipe ouvrent «un tout nouveau champ d’exploration directe des sites astrophysiques du processus r», explique John Ellis du CERN, le laboratoire européen de physique des particules, qui n’a pas participé aux travaux.

Le Big Bang a ensemencé l’univers avec quelques éléments légers: de l’hydrogène, de l’hélium et des traces de lithium. Les étoiles ont repris les rênes, incorporant de l’hydrogène et de l’hélium dans les éléments lourds, jusqu’au fer et au nickel. Pour fabriquer des éléments plus lourds, tels que le cuivre, l’or, le platine et le plutonium, il faut des conditions plus extrêmes, que les astrophysiciens ont longtemps cru être présentes uniquement dans des explosions catastrophiques de supernovae.

Au cours de certains types de supernovae, des rafales de neutrons bombardent des atomes comme le fer à une vitesse qui se gonfle en éléments plus gros plus rapidement qu’ils ne peuvent se désintégrer. On pense que cette capture de neutrons rapides, connue sous le nom de processus r, produit la moitié des éléments plus lourds que le fer.

Récemment, des scientifiques ont commencé à fouiller le sol à la recherche de débris radioactifs provenant de ces explosions. Les éléments dont la demi-vie est beaucoup plus courte que l’âge de la Terre ont dû être créés récemment, car s’ils étaient présents dans le nuage de gaz à partir duquel la Terre s’est formée il y a 4,5 milliards d’années, ils se seraient décomposés il y a longtemps en autre chose.

Plusieurs études ont rapporté des preuves de l’un de ces éléments, le fer 60, avec une demi-vie de 2,6 millions d’années, au fond de l’océan. Les chercheurs ont collecté des échantillons d’écailles de fer manganèse, des dépôts à croissance lente de seulement quelques centimètres de matériau, stratifiés au fil du temps, représentant des millions d’années d’histoire. Pour rechercher des éléments radioactifs rares dans des échantillons, les chercheurs ont utilisé la spectrométrie de masse, qui trie les atomes d’un échantillon en fonction de leur masse. En 2016, deux équipes ont publié les résultats de manière agressive Il a suggéré qu’une bientôt supernova a saupoudré la Terre de fer 60 il y a entre 2 millions et 3 millions d’années.. Et ils ont également trouvé des indices pour encore cinq millions d’années.

Le fer 60 se forme lors de la combustion naturelle de l’étoile et se disperse à mesure qu’il se transforme en supernova. Mais les chercheurs ont réalisé que les sédiments eux-mêmes peuvent également contenir des atomes fabriqués par le processus r lors d’une explosion. Cette recherche a pris une nouvelle urgence lorsque, en 2017, l’Observatoire LIW Détection des ondes de la collision catastrophique de deux étoiles à neutrons. Des observations de suivi ont été détectées avec des rayons gamma et les télescopes optiques Kilonova résultants Signature spectrale de grandes quantités d’éléments de processus r Dans l’épave de l’explosion. Les astrophysiciens connaissent maintenant deux endroits où se produit le processus r – les fusions de supernovae et d’étoile à neutrons – et ont discuté de la source la plus importante d’éléments lourds.

Pour rechercher le processus r dans notre région, les chercheurs se sont concentrés sur le plutonium 244, un élément du processus r avec une demi-vie de 80,6 millions d’années. Plusieurs groupes ont trouvé des atomes uniques de plutonium-244 dans des sédiments océaniques profonds, mais ils n’ont pas été suffisants pour tirer des conclusions.

à La science Aujourd’hui, les chercheurs dirigés par Anton Wallner du Helmholtz Center Dresden Rusendorf rapportent Nouvelle analyse d’une croûte de manganèse ferrique de 2,5 cm d’épaisseur provenant de l’océan Pacifique. Ils ont utilisé le spectromètre de masse développé à l’Université nationale australienne. Avec sa sensibilité accrue, l’équipe a reproduit les découvertes précédentes selon lesquelles deux supernovae modernes ont inondé la Terre de fer 60 il y a 2,5 millions et 6,3 millions d’années, à partir de la distribution de 435 atomes de fer 60. «Cela confirme l’image qui prévalait dans les supernovae à proximité dans l’histoire de la Terre», dit Ellis.

Les scientifiques ont également découvert 181 atomes de plutonium 244 répartis sur 10 millions d’années de l’échantillon. Ils ont calculé les rapports plutonium-fer des deux pics liés aux supernovae et les ont comparés aux prédictions d’un ensemble de modèles de processus r pour les supernovae. Le rapport observé était bien inférieur à celui prédit par les modèles, ce qui les a amenés à conclure que les supernovae à elles seules ne peuvent pas expliquer l’abondance des éléments du processus r observés à travers la galaxie. «Les étoiles à neutrons doivent contribuer à expliquer ce que nous voyons», déclare Wallner.

En récupérant plus de débris de supernovae distincte et de Kilonova dans le passé géologique proche de la Terre, les chercheurs espèrent découvrir à quel point chacun d’eux est responsable de la formation d’éléments lourds. «J’espère que nous apprendrons de ces observations et études isotopiques sur l’histoire locale de la galaxie», déclare Ellis. Ce serait la preuve des types d’éruptions qui ont ensemencé le système solaire il y a des milliards d’années. Ce serait également un indice pour savoir si l’or dans l’anneau de votre doigt provenait de l’explosion finale d’une étoile mourante ou de la fusion catastrophique de deux sphères de matière neutronique d’une densité inimaginable.

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