Appelées novæ, les explosions d'étoiles mettent en œuvre des réactions nucléaires entre les atomes de l'étoile. Pour mieux comprendre ces phénomènes violents, les astrophysiciens étudient le rayonnement émis par certains types d'atomes, notamment le fluor-18 issu des réactions. Or, des chercheurs du Ganil (1) (CEA-CNRS (2)), en collaboration avec des équipes anglaises, belges, roumaines et françaises, viennent de déterminer que le fluor-18 serait moins abondant que prévu.
Restes de l'explosion de la nova RS Ophiuchus
Cette découverte réduit donc la chance d'observer le rayonnement émis par cet atome. Elle implique de nouvelles contraintes pour l'observation et la compréhension des novæ. Ces travaux viennent d'être publiés dans la revue Physical Review Letters.
Connues depuis l'antiquité, les novæ sont des explosions d'étoiles qui se produisent environ 20 fois par an dans notre galaxie. Les physiciens supposent aujourd'hui qu'elles se produisent dans des systèmes binaires d'étoiles, formés d'une étoile géante rouge et d'une étoile compagnon petite et chaude, la naine blanche. «De la matière est arrachée de la première étoile et tombe sur la surface de la seconde, décrit François de Oliveira Santos, physicien au Ganil. Cette matière stellaire s'accumule en surface de la seconde étoile, entraînant une augmentation de sa température et de sa densité. De nombreuses réactions nucléaires, c'est-à-dire la transformation d'un ou plusieurs noyaux atomiques en d'autres particules, interviennent alors : les noyaux d'atomes stables (carbone, oxygène, etc) de l'étoile sont transformés en noyaux radioactifs, tel le fluor-18.» C'est en observant le rayonnement émis par ces particules que les chercheurs espèrent mieux comprendre les processus physiques en œuvre au cours des novæ.
Le fluor-18 est un atome radioactif dont le noyau instable est déficient en neutrons par rapport à sa forme stable, le fluor-19. Lorsqu'il se désintègre, le fluor-18 émet un rayonnement électromagnétique spécifique que les astrophysiciens étudient pour mieux appréhender ce qui se passe à l'intérieur des novæ. «La quantité du rayonnement émis lors de l'explosion dépend de la quantité de fluor-18 présent, explique François de Oliveira Santos.» Pour la déterminer, les chercheurs ont tenté d'identifier toutes les réactions nucléaires responsables de la création et de la destruction du fluor-18. Ces réactions dépendent de la structure des noyaux, elles ont donc été étudiées grâce à des accélérateurs de particules.
Une expérience réalisée à l'Université de Louvain-la-Neuve en Belgique, dans le cadre d'une collaboration internationale, a permis aux scientifiques de recalculer à la baisse l'estimation de la quantité de fluor-18 présente dans les novae. Conclusion, les réactions nucléaires impliquant le fluor-18 dans ces explosions entraînent sa destruction au-delà de ce qui avait été précédemment estimé. « Notre résultat est en accord avec des travaux théoriques récents, souligne François de Oliveira Santos. Nous l'avons obtenu grâce à une nouvelle technique expérimentale utilisant des faisceaux de noyaux radioactifs accélérés. » Il apporte de nouvelles contraintes pour l'observation et la compréhension des explosions stellaires.
Notes:
(1) Grand accélérateur national d'ions lourds situé à Caen.
(2) CNRS/IN2P3 : Institut national de physique nucléaire et de physique des particules du CNRS.
