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Le lithium des étoiles enfin retrouvé

Des chercheurs viennent de montrer que les novae, ces explosions à la surface des naines blanches, produisent le lithium nécessaire à l’enrichissement de jeunes étoiles. Un résultat qui confirme enfin les modèles.

Cette photo a été prise à l'Observatoire La Silla (ESO) au Chili quelques jours après l'explosion qui a rendu l'étoile visible à l'oeil nu.© Y. Beletsky (LCO)/ESO

En décembre 2013, un point brillant fait soudainement son apparition dans le ciel chilien. Située dans la constellation du Centaure, Nova Centauri 2013 est la trace d’une explosion à la surface d’une naine blanche – une étoile très dense – qui reste la plus brillante nova du nouveau millénaire. Pendant quelques semaines, une équipe d’astronomes menée par l’Italie scrute le phénomène à l’aide de deux spectrographes montés sur des télescopes chiliens situés à La Silla et à Santiago. Forte de ces observations, elle vient d’annoncer dans The Astrophysical Journal Letters une découverte attendue depuis les années 1970. À près de 550 km/s, cette nova a soufflé dans l’espace une quantité non négligeable de lithium : un milliardième de masse solaire ! Ça peut paraître peu, mais c’est 10 000 fois plus que dans le Soleil.

Élément solide le plus léger qui existe, le lithium est notamment utilisé pour fabriquer des batteries. D’après les modèles actuels, il a été créé lors du Big Bang, il y a 13,8 milliards d’années, et son abondance dans l'Univers est parfaitement définie. Il continue néanmoins à troubler les scientifiques. En effet, les étoiles les plus vieilles en contiennent une quantité inférieure à celle prédite par les modèles, tandis que les étoiles de seconde génération en ont en excès.

Trois sources possibles

Du lithium doit donc être fabriqué quelque part, en plus du lithium du Big Bang, pour enrichir les jeunes étoiles. Les usines à lithium stellaires probables sont les « étoiles géantes de la branche asymptotique », le rayonnement cosmique et les novae. Et la réponse tient sûrement dans un mélange des trois.

Les « géantes de la branche asymptotique » sont des étoiles de masse moyenne (jusqu’à 10 masses solaires) qui ont gonflé en fin de vie. Avec leurs bonnes conditions de température et de pression, elles seraient les principales fabricantes de lithium, en particulier celles dépassant sept masses solaires. Encore faut-il ensuite libérer le lithium fabriqué dans le milieu interstellaire, afin qu’il puisse être utilisé dans la formation de nouvelles étoiles. Un bon moyen pour cela reste les supernovae, l’explosion très violente de l’étoile qui marque sa fin et disperse sa matière. Mais les quantités de lithium ainsi créées ne sont pas suffisantes.

Nova Centauri 2013 fut visible à l'oeil nu pendant quelques semaines.© E. Guido, N. Howes & M. Nicolini

Une nova est un autre type d’explosion qui se produit dans une étoile binaire lorsqu’une des deux étoiles - une naine blanche dense - aspire la matière de son compagnon. Si elle dépasse une masse critique, une explosion se déclenche à sa surface et l’énergie provoque des réactions de fusion incontrôlée produisant de nombreux éléments chimiques.

Théoriquement, le lithium doit être parmi eux, mais il n’avait encore jamais été observé. En effet, ce composé ne survit pas aux très hautes températures et il fallait donc observer les régions externes de la nova, où la température est moins élevée. C'est désormais chose faite.

À partir de la quantité de lithium repérée dans Nova Centauri 2013 et en prenant en compte le nombre de novae qui explosent dans chaque galaxie depuis leur formation (de 20 à 34 par an), les scientifiques arrivent à un total de 17 masses solaires de lithium produites dans l’Univers par milliard d’années. Cette quantité suffit à expliquer les abondances des étoiles jeunes et résout donc une des grandes énigmes de l’astronomie en confirmant le rôle des novae. Reste cependant à comprendre la moindre abondance du lithium dans les vieilles étoiles.

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