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Explorer les origines du carbone dans les étoiles mourantes semblables au Soleil pour analyser les galaxies

Une nouvelle étude a mesuré les masses des groupes de naines blanches dans la Voie lactée afin de déterminer leur rôle en tant que source clé de carbone – un élément crucial pour toute vie.

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Vous êtes-vous déjà demandé d’où provient le carbone dans notre corps et si nous étions tous faits d’étoiles? Le carbone – l’ingrédient principal des composés organiques présents dans tous les organismes vivant sur Terre – et ses origines est un sujet fréquemment étudié par les astrophysiciens. Pour retrouver les principales sources de carbone, une équipe internationale de chercheurs a analysé des groupes de naines blanches, des restes stellaires très denses qui se refroidissent et s’estompent progressivement sur des milliards d’années. Ils ont découvert que la majorité du carbone présent dans notre galaxie provenait d’étoiles deux fois plus grosses que le Soleil, expulsant de grandes quantités de masse et devenant de petites étoiles naines blanches. Soutenue par les projets WD3D et STARKEY financés par l’UE, l’étude a été publiée dans la revue «Nature Astronomy». Pour les besoins de l’étude, les scientifiques ont utilisé des observations de naines blanches dans des amas d’étoiles ouverts, des groupes pouvant compter quelques milliers d’étoiles maintenues ensemble par attraction gravitationnelle mutuelle et formées à peu près au même moment dans la Voie lactée. Les données utilisées proviennent de l’observatoire W. M. Keck à Hawaï et ont été collectées en 2018. Les chercheurs ont découvert que les masses des naines blanches analysées «étaient nettement plus importantes que prévu, ce qui a entraîné une distorsion de la relation de masse initiale-finale [IFMR] pour les étoiles dont la masse initiale se situe dans une certaine fourchette», comme l’indique un article de presse de l’Université de Californie Santa Cruz (UCSC). Dans le même article, l’auteure principale, la professeure Paola Marigo de l’Université de Padoue (hôte du projet STARKEY), affirme: «Notre étude interprète cette faille... comme la signature de la synthèse de carbone faite par des étoiles de faible masse dans la Voie lactée».

De la naissance à la mort

Comme l’expliquent les chercheurs dans l’article, l’IFMR «relie la masse de naissance d’une étoile à la masse du reste compact laissé à sa mort». Dans les dernières phases de leur vie, ces étoiles répandent leurs cendres dans l’espace environnant par le biais de vents stellaires enrichis d’éléments chimiques, dont le carbone. «Les modèles stellaires détaillés de l’équipe indiquent que le dépouillement du manteau extérieur riche en carbone s’est produit assez lentement pour permettre aux noyaux centraux de ces étoiles, les futures naines blanches, de croître sensiblement en masse», selon l’article de presse de l’UCSC. L’article explique également: «En analysant la relation de masse initiale-finale autour de la faille, les chercheurs ont conclu que les étoiles de plus de 2 masses solaires contribuaient également à l’enrichissement galactique du carbone, alors que les étoiles de moins de 1,5 masse solaire ne le faisaient pas». Dans le même article, Paola Marigo commente: «Nous savons désormais que le carbone provient d’étoiles dont la masse à la naissance n’est pas inférieure à environ 1,5 masse solaire». Le co-auteur Pier-Emmanuel Tremblay, professeur associé à l’Université de Warwick, hôte du projet WD3D, souligne que l’IFMR «est aussi ce qui fixe la limite inférieure de la masse des supernovas, ces explosions gigantesques vues à grande distance et qui sont vraiment importantes pour comprendre la nature de l’univers». Le projet WD3D (Evolution of white dwarfs with 3D model atmospheres) en cours vise «à calculer des simulations 3D pour les restes stellaires de toutes les compositions chimiques atmosphériques et à relier ces calculs de surface à des modèles de structures intérieures, où le gaz se transforme en liquide puis en solide», comme l’indique un rapport périodique. Le projet STARKEY (Solving the TP-AGB STAR Conundrum: a KEY to Galaxy Evolution), qui a également contribué à l’étude, s’est terminé en avril 2019. Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet WD3D projet STARKEY

Mots‑clés

WD3D, STARKEY, carbone, naine blanche, Voie lactée, relation masse initiale-finale

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