poussières d'étoiles

Sommes-nous vraiment des

« poussières d’étoiles »?

Vous avez sans doute déjà entendu l'expression « nous sommes faits de poussières d'étoiles »... S'agit-il d'un mythe ou de la réalité ? Une équipe d'astronomes, partie sur les traces de ces poussières, est remontée jusqu'à leurs sources.

Pas de doutes, 97 % de nos milliards de milliards d'atomes proviennent bien du cosmos.

Nous sommes tous des poussières d’étoiles !

Car tous les noyaux des atomes qui nous constituent ont été engendrés au centre d’étoiles mortes il y a plusieurs milliards d’années.

« Poussières d’étoiles », c’est le titre d’un des premiers ouvrages d’Hubert Reeves, paru en 1984 aux éditions du Seuil, réédité en septembre 2008 actualisé et augmenté. Hubert Reeves revient sur l’intérêt croissant du public pour l’astronomie et dresse une histoire de l’univers au regard des nouvelles connaissances dont nous disposons.

Pourtant, cette expression « poussières d'étoiles » est à l'origine de Carl Sagan, astrophysicien. Mais le grand public connaît surtout ce dernier pour son travail de vulgarisation scientifique.  Il a écrit un roman « Contact », ouvrage de vulgarisation scientifique qui traite de cosmologie, science des lois qui gouvernent l’univers, puis adapté au cinéma. Il a ensuite obtenu un prix Pulitzer pour « The Dragons of Eden », une réflexion sur l’évolution possible de l’intelligence humaine. Auteur d’une vingtaine de livres et de plus de 700 articles, en 1978, il entame son 1er projet de série télévisée en 13 épisodes sur l’astronomie qui sortira en 1980 sous le titre « Cosmos : a Personal Voyage. » (dans lequel il nous entraîne à la découverte de notre univers, de l’infiniment petit à l’infiniment grand.) Dans cette série, il déclarait « l'azote dans notre ADN, le calcium de nos dents, le fer dans le sang, le carbone dans nos tartes aux pommes ont été faits à l'intérieur d'étoiles qui se sont effondrées. Nous sommes faits de starstuff - poussières d'étoiles) ».

Affirmation évocatrice au cœur de la question.

En effet, comme le montrent encore de récentes recherches sur la généalogie de la matière qui nous compose, nous tous, ce qui inclut évidemment tous les êtres vivants (et aussi tout ce qui nous entoure, la planète elle-même ainsi que tous les autres corps du Système solaire), sommes constitués d'atomes forgés à travers différents évènements cosmiques qui ont jalonné les 13,8 milliards d'années d'histoire de l'univers.

Humains, animaux, plantes, minéraux… le monde est constitué d’atomes divers et plus ou moins lourds. Or, dans les trois premières minutes qui ont suivi le Big Bang, seuls deux éléments, légers, ont été créés : l’hydrogène et l’hélium.

Comment ont donc été forgés les autres atomes ?

Je n’irai pas trop loin dans cette description tout d’abord parce que le sujet peut sembler déjà indigeste à des non spécialistes, d’autre part je ne le maitrise pas moi-même sur le fond, c’est-à-dire la nucléosynthèse stellaire. Je préfère rester donc être légère sur le sujet.

Cette énigme a été résolue en 1957 par les astrophysiciens américains Geoffrey et Margaret Burbidge, William Fowler et Fred Hoyle.

Dans un célèbre article, ils ont décrit la nucléosynthèse stellaire, c’est-à-dire la fabrication de noyaux atomiques de plus en plus lourds au sein des étoiles.

Par réactions thermonucléaires, celles-ci convertissent successivement leur hydrogène initial en hélium, puis en carbone, oxygène, magnésium, silicium, phosphore, soufre, argon, calcium, titane, chrome, fer et nickel.

Ces deux derniers éléments ferment la chaîne. En effet, pour les transformer en atomes plus massifs, il faudrait un surcroît d’énergie, que l’étoile mourante ne dispose pas.

En revanche, lors de l’explosion des étoiles les plus massives en supernovae, la densité d’énergie et le nombre de neutrons éjectés sont tels que des noyaux plus lourds que le fer y sont synthétisés. L’or, le platine, l’uranium… et même des poussières de diamants sont issus de ce type d’épisode cataclysmique.

Les magnifiques voiles de gaz et de poussières expulsés à grande vitesse vont ensuite ensemencer les nuages de gaz voisins, qui donneront naissance à une nouvelle génération d’étoiles et de planètes.

Alors, d'où proviennent les quelques 7 milliards de milliards de milliards d'atomes (7×1027 atomes) qui nous composent ?

De combien de supernovae différentes, de fusions d'étoiles à neutrons, de rayons cosmiques venus de l'autre bout de la Voie lactée et au-delà ? Brassés dans notre galaxie, au fil de ses rotations et aussi de ses fusions (nombreuses) avec d'autres, qui ont commencé il y a plus de 13 milliards d'années, ces atomes ont donc de multiples provenances.

Le Système solaire s’est formé à partir de cette matière enrichie, qui a ensuite permis la synthèse de l’ADN, et le foisonnement de la vie sous tant de formes.

Ces atomes se sont formés il y a plus ou moins longtemps à des endroits plus ou moins éloignés du nuage moléculaire où ils se sont retrouvés piégés et qui a donné naissance à notre Soleil, il y a 4,6 milliards d'années (ce nuage s'est constitué par effondrement de la matière après l'explosion d'une supernova... Un évènement parent de notre Système solaire baptisé Coatlicue).

Les éléments indispensables à la chimie de la vie sont au centre de la galaxie.

Le Sloan Digital Sky Survey (littéralement le Relevé numérique du ciel Sloan), en abrégé SDSS, est un programme de relevé des objets célestes utilisant un télescope optique de 2,5 mètres de diamètre situé à l'observatoire d'Apache Point (Nouveau-Mexique, États-Unis) et démarré en 2000.

Ce programme porte le nom de la fondation Alfred P. Sloan et a pour but de cartographier 25 % du ciel et d'enregistrer les informations relatives à plus de 100 millions d'objets célestes.

Avec plusieurs collègues du sondage SDSS (Sloan Digital Sky Survey), en 2008, Jennifer Johnson a cosigné une étude confirmant que tous nos atomes sont à 97 % d'origine stellaire. « Grâce à ces données, nous pouvons déterminer quand et où la vie a eu les éléments nécessaires pour émerger dans notre galaxie », a-t-elle par ailleurs déclaré.

C'est ainsi au centre de la Voie lactée que les éléments indispensables à la chimie de la vie générés par des étoiles comme notre Soleil sont le plus concentrés. « Nous disposons maintenant d'une frise temporelle des zones habitables de la Voie lactée. »

Eloignée de la Terre de quelques 3000 années-lumière, la nébuleuse Spaghetti est composée des débris d’une supernova qui, depuis 40 000 ans, disperse ses poussières dans l’espace.

On se perdrait facilement dans les filaments inextricables de cette nébuleuse. Rémanent de supernova plus fréquemment désigné sous les noms de Simeis 147 ou Sh2-240 et visible en direction de la constellation du Taureau, il couvre près de 3 degrés (6 pleine Lune) sur le ciel, ce qui correspond à une largeur de 150 années-lumière à la distance estimée de 3 000 années-lumière du nuage de débris stellaire. Cette mosaïque obtenue au travers de filtres à bande étroite permet de suivre les circonvolutions de l'oxygène rendu luminescent par l'onde de choc de la supernova. On estime aujourd'hui que ce rémanent de supernova est âgé d'environ 40 000 ans, ce qui signifie que la lumière de cette explosion stellaire a pour la première fois atteint la Terre il y a 40 000 ans de cela. Mais ce rémanent en expansion continue n'est pas la seule conséquence de cette catastrophe cosmique. Elle a également laissé derrière elle une étoile à neutrons en rotation rapide, un pulsar, tout ce qui reste du noyau de l'étoile originelle Certaines donneront naissance à de futures étoiles.

NASA/JPL CALTECH 28 I HORS-SÉRIE SCIENCES ET AVENIR I JUILLET / AOÛT 2016