La découverte de la fission nucléaire dans l’espace
Des scientifiques ont découvert la première indication de fission nucléaire se produisant parmi les étoiles. Cette découverte soutient l’idée que lorsque les étoiles à neutrons entrent en collision, elles créent des éléments superlourds – plus lourds que les éléments les plus lourds du tableau périodique – qui se décomposent ensuite par fission nucléaire pour donner naissance à des éléments tels que l’or de vos bijoux.
La fission nucléaire : l’opposée de la fusion nucléaire
La fission nucléaire est essentiellement l’opposée de la fusion nucléaire. Alors que la fusion nucléaire fait référence à la collision d’éléments plus légers pour créer des éléments plus lourds, la fission nucléaire est un processus qui libère de l’énergie lorsque des éléments lourds se séparent pour créer des éléments plus légers. La fission nucléaire est assez bien connue. Elle est en réalité à la base des centrales nucléaires qui génèrent de l’énergie ici sur Terre – cependant, elle n’avait jamais été observée se produisant dans l’espace jusqu’à présent. Les gens pensent que la fission se produit dans le cosmos, mais jusqu’à présent, personne n’a été en mesure de le prouver, a déclaré Matthew Mumpower, co-auteur de la recherche et scientifique au Los Alamos National Laboratory.
La recherche de la fission nucléaire dans l’espace
L’équipe de chercheurs dirigée par le scientifique de l’Université d’État de Caroline du Nord, Ian Roederer, a examiné des données concernant un large éventail d’éléments dans les étoiles pour découvrir la première preuve que la fission nucléaire pourrait se produire lors de la fusion des étoiles à neutrons. Ces découvertes pourraient aider à résoudre le mystère de l’origine des éléments lourds de l’univers.
La fusion nucléaire et la fission nucléaire
Les scientifiques savent que la fusion nucléaire est non seulement la source principale d’énergie des étoiles, mais aussi la force qui forge une variété d’éléments, les plus lourds étant le fer. Le processus de nucléosynthèse pour les éléments plus lourds tels que l’or et l’uranium, cependant, est encore plus mystérieux. Les scientifiques soupçonnent que ces éléments lourds précieux et rares sont créés lorsque deux étoiles mortes incroyablement denses – les étoiles à neutrons – entrent en collision et fusionnent, créant un environnement suffisamment violent pour forger des éléments qui ne peuvent être créés même dans les cœurs les plus tourmentés des étoiles. La preuve de la fission nucléaire découverte par Mumpower et son équipe se présente sous la forme d’une corrélation entre les métaux légers de précision, comme l’argent, et les noyaux de terres rares, comme l’europium, observée dans certaines étoiles. Lorsque l’un de ces groupes d’éléments augmente, les éléments correspondants dans l’autre groupe augmentent également, ont observé les scientifiques.
La découverte de la fission nucléaire dans les étoiles
La recherche de l’équipe a également indiqué que des éléments avec une masse atomique supérieure à 260 pourraient exister lors de la fusion des étoiles à neutrons, même si cette existence est brève. Il s’agit d’une masse beaucoup plus importante que la plupart des éléments à l’extrémité lourde du tableau périodique. La seule façon plausible pour que cela se produise entre différentes étoiles est s’il existe un processus constant lors de la formation des éléments lourds, a déclaré Mumpower. C’est incroyablement profond et c’est la première preuve de la fission en cours dans le cosmos, confirmant une théorie que nous avons proposée il y a plusieurs années.
Les étoiles à neutrons et la fission nucléaire
Les étoiles à neutrons sont créées lorsque les étoiles massives atteignent la fin de leur réserve de carburant nécessaire aux processus intrinsèques de fusion nucléaire, ce qui signifie que l’énergie qui les soutenait contre la poussée intérieure de leur propre gravité cesse. Lorsque les couches externes de ces étoiles mourantes sont soufflées, les noyaux stellaires ayant une masse comprise entre une et deux fois celle du soleil se contractent pour atteindre une largeur d’environ 20 kilomètres.
La fusion et la fission nucléaire dans les étoiles à neutrons
Ce processus de contraction se produit si rapidement que les électrons et les protons sont forcés ensemble, créant une mer de neutrons si dense qu’une simple cuillère de ce matériau d’étoile à neutrons pèserait plus d’un milliard de tonnes si elle était ramenée sur Terre. Lorsque ces étoiles extrêmes existent en paire, elles tournent l’une autour de l’autre. Et à mesure qu’elles tournent l’une autour de l’autre, elles perdent leur moment angulaire parce qu’elles émettent des ondulations intangibles dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles. Cela finit par provoquer la collision, la fusion et, sans surprise compte tenu de leur nature extrême et exotique, la création d’un environnement très violent.
La production d’éléments plus lourds par les étoiles à neutrons
Cette fusion ultime des étoiles à neutrons libère une multitude de neutrons libres, qui sont normalement liés aux protons dans les noyaux atomiques. Cela permet à d’autres noyaux atomiques dans ces environnements de capturer rapidement ces neutrons libres – un processus appelé capture rapide de neutrons ou processus r. Cela permet aux noyaux atomiques de devenir plus lourds, créant des éléments superlourds qui sont instables. Ces éléments peuvent ensuite subir une fission pour se diviser en éléments plus légers et stables comme l’or.
La corrélation de la fission nucléaire dans les étoiles
En 2020, Mumpower a prédit comment les fragments de fission créés par le processus r seraient distribués. À la suite de cela, la collaboratrice de Mumpower et scientifique de TRIUMF, Nicole Vassh, a calculé comment le processus r conduirait à la co-production de métaux légers de précision tels que le ruthénium, le rhodium, le palladium et l’argent, ainsi que des noyaux de terres rares, comme l’europium, le gadolinium, le dysprosium et l’holmium. Cette prédiction peut être testée non seulement en observant les collisions d’étoiles à neutrons, mais aussi en examinant les abondances d’éléments dans les étoiles qui ont été enrichies par des matériaux créés par le processus r.
La conclusion de la recherche
Cette nouvelle recherche a examiné 42 étoiles et a trouvé la corrélation précise prévue par Vassh, montrant ainsi une signature claire de la fission et de la désintégration d’éléments plus lourds que ceux présents dans le tableau périodique, confirmant davantage que les collisions d’étoiles à neutrons sont en effet les sites où les éléments plus lourds que le fer sont forgés. La corrélation est très solide dans les étoiles enrichies par le processus r pour lesquelles nous disposons de suffisamment de données. Chaque fois que la nature produit un atome d’argent, elle produit également des noyaux rares de terres lourdes plus lourds en proportion. La composition de ces groupes d’éléments est parfaitement synchronisée, a conclu Mumpower. Nous avons montré qu’un seul mécanisme peut être responsable – la fission – et les gens se creusent les méninges à ce sujet depuis les années 1950.
