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Notre monde regorge d’éléments chimiques qui ne “devraient” même pas exister. En effet, des éléments légers tels que le carbone, l’oxygène et l’hélium, existent grâce à d’intenses énergies de fusion broyant les protons entre eux à l’intérieur des étoiles. Mais des éléments allant du cobalt au nickel, en passant par le cuivre, par l’iode et le xénon (ou encore par l’uranium et le plutonium), sont tout simplement trop lourds pour être produits par fusion stellaire. Même le cœur de la plus grande et de la plus brillante des étoiles, n’est pas assez chaud et suffisamment pressurisé pour créer quelque chose de plus lourd que le fer.

Et pourtant, ces éléments chimiques sont très abondants dans l’Univers. Il y a donc bien quelque chose qui permet leur création. Une théorie stipule que ce sont les supernovas (les explosions qui déchirent certaines étoiles à la fin de leur vie) qui en sont à l’origine.

En effet, ces explosions sont si puissantes qu’elles devraient brièvement atteindre des énergies suffisamment intenses pour pouvoir créer ces éléments plus lourds. La théorie dominante pour expliquer comment cela se produit, est la turbulence : tandis que la supernova projette de la matière dans l’Univers, des ondulations de turbulence traversent ces vents, comprimant brièvement le matériau stellaire qui en sort avec suffisamment de force pour projeter même des atomes de fer — qui sont à la base résistants à la fusion, en d’autres atomes, et former des éléments plus lourds.

Cependant, il existe à présent un nouveau modèle de dynamique des fluides qui suggère que tout cela est faux. « Pour entamer ce processus, il doit y avoir un excès d’énergie », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Snezhana Abarzhi, scientifique en matériaux à l’Université Western Australia de Perth. « Les gens croient depuis de nombreuses années que ce genre d’excès pourrait être créé par des processus violents et rapides, qui pourraient essentiellement être des processus turbulents », a-t-elle ajouté.

supernova remanent reste gaz bulle interstellaire

Cette image combine les données de quatre télescopes spatiaux pour créer une vue multi-ondes de tout ce qui reste de RCW 86, l’exemple le plus ancien documenté d’une supernova. Crédits : Rayons-X: NASA/CXC/SAO & ESA; Infrarouge: NASA/JPL-Caltech/B. Williams (NCSU)

À présent, Abarzhi et ses co-auteurs ont développé un modèle de fluides dans une supernova qui suggère que quelque chose d’autre, quelque chose de plus petit, pourrait être à l’œuvre.

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Il faut savoir que dans une supernova, la matière stellaire s’éloigne du noyau de l’étoile à une très grande vitesse. Mais toute cette matière s’éloigne également vers l’extérieur, à peu près à la même vitesse. De ce fait, les unes par rapport aux autres, les molécules de ce flux de matière stellaire ne bougent pas aussi vite. Il peut donc y avoir des ondulations ou des remous occasionnels, mais il n’y a pas assez de turbulences pour créer des atomes au-delà du fer dans le tableau périodique.

Au lieu de cela, Abarzhi et son équipe ont découvert que la fusion avait probablement lieu dans des points chauds isolés de la supernova.  « Lorsqu’une étoile explose, l’explosion n’est pas parfaitement symétrique. L’étoile elle-même présente des irrégularités de densité durant le moment qui précède une explosion, et les forces qui provoquent l’explosion sont également un peu irrégulières », a expliqué Abarzhi.

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Ce sont ces irrégularités qui produisent des régions ultra-denses et ultra-chaudes, dans le fluide déjà extrêmement chaud de l’étoile en explosion. Mais, au lieu de violentes ondulations qui secouent toute cette masse, les pressions et les énergies de la supernova se concentrent particulièrement dans certaines petites zones de la masse en explosion.

Ensuite, ces régions se transforment brièvement en de véritables usines chimiques surpuissantes : bien plus puissantes que tout ce qui existe dans une étoile typique. Selon les chercheurs, c’est de là que proviennent tous les éléments lourds connus de l’Univers.

Bien entendu, il ne faut pas oublier qu’il ne s’agit là que d’une étude et d’un seul résultat. Afin de mener leur expérience à bien, les chercheurs se sont notamment basés sur certains modèles scientifiques.

D’autres études sur le sujet devront être menées afin que l’on puisse en apprendre davantage, et que l’on puisse confirmer ou infirmer ces résultats. De plus, les astronomes devront comparer ces résultats aux signatures chimiques réelles des supernovas dans l’Univers.

Sources : Proceedings of the National Academy of Sciences, APS Physics

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