Une mesure précise de la masse du noyau exotique de zinc-82 (82Zn) donne de nouvelles indications sur la composition de la croûte des étoiles à neutrons, d'où pourraient provenir les éléments lourds sur Terre. Ces résultats, obtenus par les chercheurs de la collaboration Isoltrap, dont ceux du Centre de spectrométrie nucléaire et de spectrométrie de masse – CSNSM (CNRS/Université Paris Sud), ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.
Vue d'artiste d'une étoile à neutrons.
Crédit : Nasa/CXC/M.Weiss
Une grande partie des étoiles dans l'Univers finissent leur vie en devenant des étoiles à neutrons (1) or la description de ces objets ultra-compacts demeure l'un des plus grands défis pour la physique nucléaire et la physique des particules aujourd'hui.
Les éléments lourds, y compris ceux qui existent sur Terre, ont pu être créés dans les explosions d'étoiles massives (supernovæ), ou encore arrachés de la croûte externe d'étoiles à neutrons très denses, lors de ces explosions.
L'abondance des différents éléments lourds présents dans une étoile à neutrons peut se traduire par la composition de sa croûte externe, dont l'épaisseur est de plusieurs kilomètres : la composition varie rapidement avec la profondeur, la densité favorisant des noyaux différents. La croûte externe est composée de noyaux atomiques très fortement ou totalement ionisés et d'électrons libres. Quand la densité augmente, sont favorisées des réactions de fusion entre protons des noyaux atomiques et électrons libres qui forment des neutrons. Ainsi peuvent se former des noyaux très instables, dits "exotiques", riches en neutrons (autour de N=50 et N=82) : d'après les modèles nucléaires actuels, ce serait le cas du 82Zn (Z=30, N=52) (2).
En utilisant le faisceau radioactif délivré par l'installation Isolde au Cern et un nouveau spectromètre de masse (à temps de vol) récemment intégré dans l'expérience Isoltrap afin de purifier le faisceau délivré par Isolde, les chercheurs ont mesuré avec précision la masse du 82Zn. Surprise : ces mesures remettent en cause les prédictions sur la composition de la croûte des étoiles à neutrons, le 82Zn devant être remplacé par le nickel-78 (Z=28, N=50) !
Ces mesures de masses nécessitent de corriger les modèles nucléaires actuels, indispensables pour l'étude de nucléides très exotiques (N=82) qui ne pourront probablement jamais être produits en laboratoire. Ces résultats sont également compatibles avec la découverte récente d'une étoile à neutrons spécifique qui s'est avérée plus lourde que ce que prévoyaient les modèles.
Notes:
(1) Les étoiles à neutrons sont parmi les objets les plus denses de l'Univers. Elles se forment après l'explosion en supernovæ d'étoiles au moins 8 fois plus massives que notre Soleil, dont elles représentent le stade ultime. Les étoiles à neutrons ont la même masse que le Soleil, alors qu'elles sont 70 000 fois plus petites. Si on pouvait en extraire l'équivalent d'un grain de sable, il pèserait 75 000 tonnes ! Cette densité extrême transforme toute matière en une purée de neutrons superfluide.
(2) Z est le nombre de protons, N le nombre de neutrons.
Référence:
"Synopsis" dans Physical Review Letters : http://physics.aps.org/synopsis-for/10. ... 110.041101
mais ça c'était avant