Une étrange étoile de la Voie Lactée porte la signature d’une explosion unique d’une étoile géante qui existait autrefois il y a des milliards d’années, à l’ère de l’humanité. aube cosmique.
La composition chimique de l’étoile existante connue sous le nom de J0931+0038 est si étrange qu’elle ne peut être constituée que des restes d’une énorme étoile, d’une masse au moins 50 fois supérieure à celle du Soleil, qui a créé les éléments avant de devenir une supernova.
Et c’est encore plus bizarre. Une étoile aussi massive aurait dû, selon la théorie, s’effondrer directement en un trou noir quand il meurt – ne dépassez pas la supernova, ne collectez pas d’abondances d’éléments étranges.
« Nous n’avons jamais rien vu de pareil » dit l’astronome Alex Ji de l’Université de Chicago et du Sloan Digital Sky Survey (SDSS), qui a dirigé la recherche.
« Quoi qu’il se soit passé à l’époque, cela a dû être incroyable. Nous avons surnommé (l’ancêtre de la supernova) l’étoile Barbenheimer pour sa nucléosynthèse spectaculaire. »
La production de la plupart des éléments de l’Univers relève du domaine des étoiles. Après le Big Bang Il y a 13,8 milliards d’années, lorsque tout s’est suffisamment refroidi pour que les atomes se forment, l’espace était rempli d’une soupe composée principalement d’hydrogène et d’un peu d’hélium. C’est de cette matière que sont nées les premières étoiles.
Mais les étoiles sont essentiellement des usines d’éléments, dotées de plusieurs méthodes distinctes pour créer de nouveaux matériaux dans le cadre d’un processus appelé nucléosynthèse. Ils sont alimentés par le processus de fusion qui a lieu dans leur noyau, brisant les atomes ensemble pour former des éléments plus lourds.
Mais cela s’arrête au fer ; fusionner du fer en quelque chose de plus lourd consomme plus d’énergie qu’il n’en crée, c’est donc la fin du jeu pour la star.
Alors que l’étoile explose, éléments plus lourds sont créés dans l’environnement extrêmement énergétique de la supernova. En plus des produits de la fusion, ces éléments sont éjectés dans l’espace, où ils sont incorporés aux générations d’étoiles suivantes.
Les abondances chimiques dans les étoiles peuvent nous en dire beaucoup sur leur propre histoire. Les étoiles nées plus récemment, par exemple, contiennent des éléments plus lourds que l’hélium, ce qui est un outil pratique pour connaître l’âge d’une étoile. Et les différents éléments peuvent nous renseigner sur les étoiles qui les ont précédés – celles dans lesquelles les éléments les plus lourds ont été forgés à l’origine.
J0931+0038 est une étoile géante rouge de faible masse, suspendue dans la région de l’espace à peu près sphérique qui entoure le disque de la Voie Lactée connue sous le nom de halo galactique. De nombreuses étoiles très anciennes et étranges peuvent être trouvées dans le halo galactique, c’est pourquoi les astronomes y recherchent souvent des indices sur l’Univers primitif.
J0931+0038 a été capturé pour la première fois par le SDSS en 1999, mais pas en couleur. Ce n’est qu’en 2019 qu’un suivi a capturé le spectre complet de la lumière de l’étoile – la clé pour identifier sa composition chimique, car différents éléments absorbent et réémettent la lumière à des longueurs d’onde spécifiques.
Le spectre de J0931+0038 a révélé une composition chimique sans précédent. Il était étonnamment pauvre en éléments impairs du tableau périodique, comme le sodium et l’aluminium, mais riche en éléments proches du fer, comme le nickel et le zinc. Et puis les abondances d’éléments plus lourds que le fer, comme le strontium et le palladium, étaient bien plus élevées qu’elles n’auraient dû l’être.
« Nous voyons parfois une de ces caractéristiques à la fois, mais nous ne les avons jamais vues toutes dans la même étoile », dit l’astronome Jennifer Johnson de l’Université d’État de l’Ohio.
L’équipe a découvert que la majorité des métaux trouvés dans J0931+0038 devaient provenir d’une seule source nucléosynthétique extrêmement pauvre en métaux : une étoile de 50 à 80 fois la masse du Soleil qui a explosé, a craché ses entrailles dans l’espace, et a laissé derrière lui un nuage de matière à partir duquel J0931+0038 est né.
Le fait qu’une étoile aussi massive devrait s’effondrer gravitationnellement vers l’intérieur plutôt que d’exploser vers l’extérieur n’est cependant qu’une partie du problème.
« Étonnamment, aucun modèle existant de formation d’éléments ne peut expliquer ce que nous voyons. » dit l’astronome Sanjana Curtis de l’Université de Californie à Berkeley, qui a codirigé la recherche. « Il ne s’agit pas simplement de dire ‘oh, vous pouvez modifier quelque chose ici et là et ça fonctionnera – l’ensemble des éléments semble presque contradictoire. »
C’est une énigme qui n’a pas encore de réponse. Ce n’est qu’en trouvant d’autres bizarreries de ce type et en modélisant leur formation que nous révélerons comment l’étoile « Barbenheimer » a vécu, est morte et a laissé ses empreintes digitales derrière elle pour que nous puissions y réfléchir bien des siècles plus tard.
Les recherches de l’équipe ont été acceptées Les lettres du journal astrophysiqueet est disponible sur arXiv.
