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Une étoile fugueuse à l’origine du système solaire ?

Comment expliquer la présence de noyaux radioactifs d’aluminium 26 (26Al) dans le disque protoplanétaire du jeune système solaire ? D’après des physiciens du CNRS-IN2P3 [1], ce radionucléide aurait été produit par une étoile Wolf-Rayet isolée, dont l’explosion finale en supernova aurait provoqué l’effondrement gravitationnel d’une nébuleuse de gaz à l’origine de la formation du Soleil. Ces travaux ont été publiés dans la revue Astrophysical Journal Letters.

Les inclusions réfractaires [2] de certaines météorites contenaient, au moment de leur formation aux premiers âges du système solaire il y a 4,6 milliards d’années, des atomes de 26Al. Ce radionucléide ayant une période de "seulement" 720 000 ans, il a donc nécessairement été produit peu de temps avant ou pendant la formation du système solaire. Deux types de modèles astrophysiques ont été développés pour expliquer cette nucléosynthèse "de dernière minute" : pour certains chercheurs, le 26Al aurait été créé dans une ou plusieurs étoiles au voisinage de la région de formation du Soleil, alors que pour d’autres, il aurait été fabriqué au sein du jeune système solaire par irradiation du gaz et de la poussière du disque protoplanétaire par des particules solaires de haute énergie. Mais de récentes analyses isotopiques de météorites effectuées au CRPG de Nancy [3], associées à des travaux théoriques menés au CSNSM d’Orsay, montrent que la nucléosynthèse par irradiation ne peut rendre compte de la concentration en 26Al du système solaire primitif, de sorte que l’origine stellaire de ce radionucléide semble aujourd’hui incontournable.

Le 26Al de notre galaxie est principalement produit par des étoiles de plus de dix masses solaires, soit lorsqu’elles explosent en supernova, soit, pour les plus massives d’entre elles, lors de la phase Wolf-Rayet [4] qui précède l’explosion [5]. Les étoiles massives naissent au sein d’amas stellaires appelés "associations OB", qui comprennent typiquement quelques centaines à quelques milliers de membres. L’action collective des vents stellaires de ces amas génère de gigantesques bulles de gaz chaud à l’intérieur desquelles nulle nouvelle étoile ne peut se former. Une contamination de la nébuleuse protosolaire en noyaux de 26Al tout juste produits dans des étoiles massives avoisinantes semblait donc improbable.

Pour résoudre ce problème, des physiciens du CNRS-IN2P3 ont proposé un scénario astrophysique où la naissance du système solaire a été provoquée par l’activité d’une étoile massive solitaire. Cette dernière se serait échappée de son amas d’origine et de la bulle chaude associée à la suite d’interactions gravitationnelles avec d’autres étoiles de l’amas ou de l’explosion d’une supernova. La propagation de l’astre fugueur dans le milieu interstellaire aurait généré une couche de gaz relativement dense résultant du mélange des vents de l’étoile avec de la matière interstellaire (voir figure). L’explosion finale de l’étoile Wolf-Rayet en supernova aurait alors engendré une onde de choc déclenchant la formation de nouvelles étoiles – dont le Soleil – au sein de cette couche de matière enrichie en 26Al. La teneur de ce radionucléide calculée dans ce modèle rend bien compte des données météoritiques.

Ce modèle a une implication majeure : le système solaire aurait connu une gestation très particulière, de sorte que la majorité des autres systèmes planétaires de notre galaxie n’auraient vraisemblablement pas été contaminés en 26Al. La radioactivité de cet isotope étant considérée comme une source de chaleur importante des planétoïdes primitifs, il est possible que les planètes du système solaire se soient formées de façon sensiblement différente de la plupart des exoplanètes.

Le système solaire est peut-être né de la rencontre d’une étoile Wolf-Rayet et d’un nuage de gaz moléculaire, comme celle qui est à l’origine de la nébuleuse NGC 2359, encore appelée "le Casque de Thor". L’explosion de l’étoile Wolf-Rayet HD 56925 située au centre de cette nébuleuse pourrait déclencher la formation de nouveaux systèmes stellaires enrichis en 26Al. Copyright : Robert Gendler 2008.

Pour en savoir plus

Contact chercheur


[1Centre de spectrométrie nucléaire et de spectrométrie de masse – CSNSM (CNRS / Université Paris Sud), Institut de physique nucléaire d’Orsay – IPNO (CNRS, Université Paris-Sud)

[2Les inclusions réfractaires observées dans certaines météorites sont des objets riches en silicates et oxydes d’aluminium et de calcium, dont la taille varie entre 10 µm et 1 cm. Ce sont vraisemblablement les premiers solides à s’être formés par condensation dans le disque protoplanétaire.

[3Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CNRS / Université Nancy-I / INPL Nancy)

[4Les étoiles Wolf-Rayet sont des objets très chauds et très lumineux, qui éjectent d’importantes quantités de matière par vent stellaire. Elles furent découvertes en 1867 par Charles Wolf et Georges Rayet de l’Observatoire de Paris.

[5L’observation avec le spectromètre du satellite européen Integral de la raie gamma à 1,809 MeV consécutive à la désintégration du 26Al a permis de mieux comprendre la nucléosynthèse de cet isotope dans la Voie lactée.