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Lorsqu'une étoile massive arrive en fin d'existence, elle subit une série de transformations internes. Au cœur de l'étoile, la fusion nucléaire combine progressivement des atomes légers pour former des éléments plus lourds, comme le carbone ou l'oxygène. Ce processus crée des couches concentriques, chacune riche en éléments spécifiques, empilées comme les pelures d'un oignon. Les couches externes, constituées d'hydrogène ou d'hélium, sont généralement expulsées par les vents stellaires bien avant l'explosion finale.
Représentation artistique de la supernova extrêmement dépouillée 2021yfj.
Crédit: Observatoire Keck / Adam Makarenko
Dans le cas de la supernova SN2021yfj, les astronomes ont détecté une enveloppe de gaz composée de silicium, un élément formé tout près du noyau de fer de l'étoile. Normalement, cette couche interne n'a pas le temps de s'éloigner suffisamment pour être visible après l'explosion, car elle se forme seulement quelques mois avant la fin. Sa présence ici suggère que tous les matériaux externes ont été arrachés prématurément, révélant ainsi des régions habituellement cachées.
Les chercheurs avancent l'hypothèse qu'une étoile compagne pourrait être responsable de ce dépouillement extrême. En orbitant autour de l'étoile mourante, sa gravité aurait pu attirer et expulser les couches profondes, y compris celle de silicium. Ce mécanisme, bien que rare, correspond aux modèles théoriques et aide à comprendre comment les vents stellaires peuvent parfois être amplifiés par des interactions binaires.
Cette observation valide les modèles de nucléosynthèse, qui décrivent comment les étoiles produisent les éléments chimiques. L'oxygène, le néon, le magnésium et bien d'autres atomes essentiels à la vie sont forgés dans ces gigantesques fournaises cosmiques. Les supernovae dispersent ensuite ces éléments dans l'espace, enrichissant le milieu interstellaire et permettant la formation de nouvelles étoiles et planètes.
Grâce à de telles découvertes, nous comprenons mieux l'évolution chimique de l'Univers. Les premières étoiles, dépourvues d'éléments lourds, ont cédé la place à des générations plus diversifiées, comme notre Soleil et la Terre. Chaque explosion contribue à cette alchimie cosmique, façonnant progressivement un cosmos de plus en plus riche en éléments et propice à l'émergence de la vie.
La fusion nucléaire stellaire
La fusion nucléaire est le moteur qui alimente les étoiles. Elle transforme des noyaux atomiques légers en noyaux plus lourds, libérant une énergie colossale sous forme de lumière et de chaleur. Ce processus commence avec l'hydrogène, l'élément le plus abondant, qui fusionne pour former de l'hélium.
Au fil du temps, les réactions s'accélèrent et produisent des éléments de plus en plus massifs, comme le carbone, l'oxygène, et enfin le fer. Chaque étape est de plus courte durée que la précédente: des millions voire milliards d'années pour l'hydrogène, contre seulement quelques jours pour le silicium.
Ces réactions créent une structure en couches à l'intérieur de l'étoile, où chaque strate correspond à un stade de fusion. Cette organisation permet aux astronomes de retracer l'histoire chimique de l'étoile lors de son explosion.
Sans la fusion nucléaire, les étoiles ne brilleraient pas, et l'Univers serait dépourvu des éléments nécessaires à la formation des planètes et de la vie.