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Posté par Adrien le Vendredi 03/08/2018 à 00:00
Un vestige stellaire révèle l'origine de molécules radioactives
Grâce à ALMA et NOEMA, des astronomes ont pour la première fois détecté, avec certitude, une molécule radioactive dans l'espace interstellaire. La fraction radioactive de cette molécule consiste en un isotope d'aluminium. Les observations révèlent que cet isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique nucléaire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le même nombre de protons. Le nombre de...) a été disséminé dans l'espace après que deux étoiles aient collisionné, donnant naissance à un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et...) baptisé CK Vulpeculae. C'est la toute première fois que cet élément est détecté au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale...) d'une source connue. Cet isotope avait précédemment été identifié au sein d'un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines...) de rayons gamma, dont l'origine précise était demeurée inconnue.


L'équipe, emmenée par Tomasz Kaminski (Centre Harvard-Smithson dédié à l'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers...), Cambridge, Etats-Unis), a utilisé le Vaste Réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit...) (Sub-)Millimétrique de l'Atacama (ALMA) ainsi que le Réseau Millimétrique Etendu du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) (NOEMA) dans le but de détecter une source de l'isotope radioactif de l'aluminium-26. La source, baptisée CK Vulpecula, fut pour la première fois observée en 1670. A cette époque, elle apparaissait brillante, de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.), et fut classée parmi les ?nouvelles étoiles?. Elle était alors visible à l'oeil nu. Puis, sa luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) décrût rapidement. A l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en...) actuelle, de puissants télescopes sont nécessaires pour observer les restes de cette fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion s'effectue...) ? des restes constitués d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) centrale de faible brillance entourée d'un halo de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) rougeoyante s'éloignant progressivement.

348 années après leur détection, les restes de cette fusion stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.) explosive arborent la signature claire et convaincante de l'aluminium-26, un isotope radioactif de l'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.). Il s'agit de la toute première molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite...) radioactive instable détectée avec certitude en dehors du Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système planétaire) : les...). Les isotopes instables sont caractérisés par un excès d'énergie nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) et se transforment progressivement en des éléments stables.

?Cette première observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) de l'isotope au sein d'un objet semblable à une étoile présente également un intérêt dans le contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu...) plus large de l'évolution chimique de notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.)?, précise Tomasz Kaminski. ?C'est la toute première fois qu'une source active du noyau radioactif de l'aluminium-26 est identifiée de façon directe.?

Tomasz Kaminski et son équipe ont détecté la signature spectrale unique de molécules composées d'aluminium-26 et de fluorine (26AlF) dans les restes situés en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne...) de CK Vulpeculae, distante de quelque 2000 années lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la...). Lorsque ces molécules tournoient en se déplaçant, elles émettent une raie spécifique dans le domaine millimétrique. Les astronomes estiment que ce processus baptisé transition rotationnelle constitue l'étalon-or pour la détection de molécules (2).

L'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la...) de cet isotope particulier offre des compléments d'information relatifs au processus de fusion ayant donné naissance à CK Vulpeculae. Elle révèle également que les couches intérieures, denses et profondes d'une étoile, au sein desquelles se forment les éléments lourds et les isotopes radioactifs, peuvent être brassées et expulsées dans l'espace sous l'effet de collisions stellaires.

?Nous observons le coeur d'une étoile déchirée voici trois siècles par une collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.)?, ajoute Tomasz Kaminski.

Les astronomes ont également découvert que les deux étoiles ayant fusionné étaient de masses relativement faibles, l'une des deux consistant en une géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus...) rouge dont la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) était comprise entre 0,8 et 2,5 masses solaires.

Radioactif par nature, l'aluminium-26 se désintégrera pour gagner en stabilité, l'un des protons du noyau se transformant alors en neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les protons, sont les constituants du noyau de l'atome. Pour un...). Au cours de ce processus, le noyau excité émet un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette...) hautement énergétique, que nous détectons sous la forme d'un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule...) gamma (1).

Les détections antérieures de photons gamma ont révèlé que la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la...) contenait quelque deux masses solaires d'aluminium-26. Toutefois, le processus de création des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se...) radioactifs demeurait largement inconnu. En outre, la méthode de détection des rayons gamma ne favorisait pas la détermination de leur origine précise. Grâce à ces nouvelles mesures, les astronomes ont pour la première fois détecté un radioisotope (Les radioisotopes, radionucléides ou radioéléments, contraction de radioactivité et d'isotope, sont des atomes dont le noyau est instable. Cette instabilité peut être due soit à un excès de protons ou de...) instable au sein d'une molécule extra-solaire.

Toutefois, l'équipe a conclu de ses observations que la production d'aluminium-26 par des objets semblables à CK Vulpeculae ne constitue probablement pas la source principale d'aluminium-26 dans la Voie Lactée. La masse d'aluminum-26 contenue au sein de CK Vulpeculae représente approximativement le quart de la masse de Pluton (Pluton, dont la désignation officielle est (134340) Pluton, est la deuxième plus grande planète naine connue du système solaire et le 10e plus grand astre connu...). Considérant la rareté de ce type d'événements, il est fortement improbable que ces objets constituent les seules sources de cet isotope au sein de la galaxie. Ce résultat offre donc de nouvelles perspectives d'étude de ces molécules radioactives.

Notes

(1) Le noyau de l'aluminium-26 est composé de 13 protons et de 13 neutrons ? il renferme un neutron de moins que l'aluminium-27, un isotope stable. L'aluminium-26 se désintègre en magnésium-26, un élément complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la...) différent.

(2) Les signatures moléculaires caractéristiques sont généralement issues d'expériences de laboratoire. Dans le cas de l'26AlF, cette méthode ne s'applique toutefois pas, l'aluminium-26 n'étant pas présent sur Terre. Les astrophysiciens de laboratoire de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Kassel en Allemagne ont donc utilisé les signatures des molécules stables et abondantes du 27AlF pour en déduire les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) précises concernant la molécule d'26AlF, plus rare


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