M8 Nucléosynthèse et abondances chimiques

Topique

L'élément central de ce modèle est le stock chimique de la galaxie au fil du temps cosmique.

Les éléments lourds se forment au sein des étoiles, puis sont dispersés dans le milieu interstellaire par les vents stellaires et les supernovae, reconstituant ainsi ce stock chimique galactique génération après génération.

La nucléosynthèse du Big Bang, survenue durant les trois premières minutes de l'Univers, a produit de l'hydrogène, l'hélium le plus abondant (avec quatre nucléons dans son noyau), des traces de deutérium (un isotope plus léger de l'hélium, avec trois nucléons) et du lithium (un isotope lourd, avec sept nucléons dans son noyau). Les abondances primordiales encore observées dans les galaxies les plus pauvres en métaux constituent la preuve la plus directe du modèle du Big Bang chaud.

Le lent processus de capture de neutrons se produit dans les étoiles géantes de la branche asymptotique : chaque capture de neutron y est plus lente que la désintégration radioactive qui s'ensuit, de sorte que les noyaux grossissent progressivement jusqu'à atteindre des éléments aussi lourds que le plomb et le bismuth.

Le processus rapide de capture de neutrons, en revanche, exige des densités de neutrons extrêmes et se produit lors des fusions d'étoiles à neutrons et des supernovae à effondrement le plus rapide, produisant les éléments les plus lourds connus — or, platine, thorium, uranium — dont l'origine est, par définition, un événement catastrophique. L'observation directe d'une fusion d'étoiles à neutrons a confirmé que ce type d'événement produit effectivement de l'or et de l'argent.

La métallicité moyenne de cette même galaxie a augmenté régulièrement pendant treize milliards d'années, passant de pratiquement zéro dans la première génération d'étoiles à la valeur solaire actuelle, dans un lent cycle d'enrichissement chimique qui se referme sur lui-même génération après génération : chaque étoile mourante restitue au milieu interstellaire la matière lourde qui alimentera ensuite la génération d'étoiles suivante, et cette génération suivante, en mourant, contribue de la même manière à un stock toujours plus riche. Ainsi, depuis l'inventaire chimique de la galaxie par lequel ce document commence jusqu'au cycle d'enrichissement auto-répétitif par lequel il se conclut, en passant par la nucléosynthèse primordiale, les processus lents et rapides de capture de neutrons, de nucléosynthèse et d'enrichissement chimique galactique, le même inventaire d'éléments s'accroît, génération après génération d'étoiles, transformant une galaxie primordiale presque dépourvue de métaux en une galaxie ayant la composition chimique que nous observons aujourd'hui.

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