D’où viennent les éléments chimiques ?

« Pourquoi sommes-nous ici ? » est la question la plus fondamentale et persistante de l’humanité. Retracer l’origine des éléments est une tentative directe d’y répondre au niveau le plus profond. Nous savons que de nombreux éléments sont créés à l’intérieur des étoiles et des supernovae, qui les projettent ensuite dans l’univers, mais l’origine de certains éléments clés est restée un mystère.

Le chlore et le potassium, tous deux des éléments de Z impair, possédant un nombre impair de protons, sont essentiels à la vie et à la formation des planètes. Selon les modèles théoriques actuels, les étoiles ne produisent qu’environ un dixième de la quantité de ces éléments observée dans l’univers, une divergence qui intrigue depuis longtemps les astrophysiciens.

Cela a inspiré un groupe de chercheurs de l’Université de Kyoto et de l’Université Meiji à examiner les restes de supernova pour y trouver des traces de ces éléments. En utilisant XRISM ( acronyme de X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission, un satellite à rayons X lancé par la JAXA en 2023 ) l’équipe a pu réaliser des observations spectroscopiques à rayons X à haute résolution du reste de supernova Cassiopée A dans la Voie lactée.

Les scientifiques ont utilisé le microcalorimètre Resolve embarqué sur XRISM, offrant une résolution énergétique élevée d’un ordre de grandeur supérieur aux détecteurs à rayons X précédents, ce qui leur a permis de détecter des raies d’émission faibles provenant d’éléments rares. Ils ont ensuite analysé le spectre des rayons X de Cassiopée A et comparé les abondances de chlore et de potassium avec plusieurs modèles de nucléosynthèse des supernovae.

L’équipe a découvert des raies d’émission en rayons X claires pour les deux éléments, à des abondances bien supérieures à celles prédites par les modèles standards de supernova. Cela a fourni la première preuve observationnelle qu’une supernova peut créer suffisamment de chlore et de potassium. L’équipe suggère qu’un mélange intense à l’intérieur des étoiles massives, causé par une rotation rapide, une interaction binaire ou des événements de fusion de couches, peut considérablement augmenter la production de ces éléments.

« Lorsque nous avons vu les données de Resolve pour la première fois, nous avons détecté des éléments que je ne m’attendais pas à voir avant le lancement. Faire une telle découverte avec un satellite que nous avons développé est une véritable joie pour un chercheur », explique l’auteur correspondant Toshiki Sato.

Ces résultats révèlent que les éléments vitaux pour la vie ont été produits dans des environnements rudes et intenses au plus profond des étoiles, très éloignés de toute condition nécessaire à l’émergence de la vie. L’étude démontre également la puissance de la spectroscopie à rayons X de haute précision pour sonder les origines des éléments et les processus physiques au cœur des étoiles.

« Je suis ravi que nous ayons pu, même légèrement, commencer à comprendre ce qui se passe à l’intérieur des étoiles en explosion », déclare l’auteur correspondant Hiroyuki Uchida.

Ensuite, l’équipe prévoit d’observer d’autres restes de supernova avec XRISM pour déterminer si la production accrue de chlore et de potassium est commune aux étoiles massives ou unique à Cassiopée A. Cela aidera à révéler si de tels processus de mélange interne sont une caractéristique universelle de l’évolution stellaire.

« Comment la Terre et la vie sont apparues est une question éternelle que chacun s’est posée au moins une fois. Notre étude ne révèle qu’une infime partie de cette vaste histoire, mais je me sens vraiment honoré d’y avoir contribué », conclut l’auteur correspondant Kai Matsunaga.

Article : Chlorine and Potassium Enrichment in the Cassiopeia A Supernova Remnant – Journal : Nature Astronomy – Méthode : Observational study – Sujet : Not applicable – DOI : 10.1038/s41550-025-02714-4

Source : Kyoto U.