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Le système solaire primitif contenait des traces d’explosion de supernovae

Grâce aux observations récentes de la sonde Voyager et à des simulations numériques, des physiciens du CSNSM et de l’IPNO [1] ont montré que les noyaux radioactifs de 10Be contenus dans les premiers solides du système solaire ont pu être produits à la suite de l’explosion d’une ou plusieurs étoiles massives précédant la formation de ce dernier. Ces travaux, publiés dans Astrophysical Journal, renforcent l’hypothèse selon laquelle la formation du système solaire aurait eu lieu dans des conditions peu communes au sein de la Voie lactée.

La présence de noyaux radioactifs de courte durée de vie (inférieure à quelques millions d’années) dans le disque protoplanétaire pose une contrainte majeure aux scénarios de formation du système solaire. Parmi ces noyaux, le 10Be présente une caractéristique particulière car il ne peut être synthétisé efficacement au sein des étoiles. Il n’est produit que par des réactions nucléaires induites par des particules chargées accélérées jusqu’à plus de 15% de la vitesse de la lumière.
A ce jour, le scénario favorisé pour expliquer la présence de 10Be dans le système solaire primitif était une production induite par des noyaux légers (protons, particules alpha) accélérées au voisinage du soleil, lorsque celui était en formation. Pourtant, des analyses isotopiques récentes d’inclusions minérales réfractaires très primitives (FUN) contenues dans des météorites [2] montrent que le nuage de gaz et de poussières protosolaire contenait lui-même une contamination en 10Be.

Les physiciens du CSNSM et de l’IPNO ont étudié les différentes possibilités de produire les quantités de 10Be observées dans ces phases minérales primitives. A l’aide des observations récentes de la sonde Voyager (qui a récemment atteint les confins du système solaire) et de simulations numériques, ils ont reconstruit le flux de particules rapides qui existait à proximité du système solaire en formation et ont montré que la quantité de 10Be induite par ce flux ne peut rendre compte de la contamination déduite de l’analyse des inclusions FUN.
En revanche, les observations sont compatibles avec la contamination en 10Be du nuage protosolaire par une ou plusieurs supernovas. Dans ce cadre, les chercheurs ont étudié en particulier la production de 10Be dans une couche de gaz dense générée par les vents d’une étoile massive qui se serait échappée de son amas d’origine (une étoile fugueuse). Un tel scénario permet en effet d’expliquer la présence initiale d’autres noyaux radioactifs [3] dans des inclusions réfractaires de météorites.

L’interaction d’une étoile massive fugueuse avec un nuage de gaz interstellaire étant un événement rare, ces travaux suggèrent que notre étoile est née dans un contexte astrophysique particulier.

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Les météorites primitives contiennent des phases réfractaires qui ont condensé à haute température à proximité du jeune soleil. Certaines, les FUN-CAIs conservent des anomalies isotopiques qui existaient lors de la formation du système solaire. Copyright : A. Krot Univ. of Hawai.
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Rémanent de la Supernova IC443 interagissant avec un nuage moléculaire dense dans la constellation des Gémeaux. La taille angulaire du vestige est similaire à celle de la lune (0,5°), ce qui correspond à un diamètre d’environ 410 000 milliards de kilomètres pour une distance au rémanent estimée à 5000 années-lumière. Copyright : J-P Metsavainio.


Pour en savoir plus

  • Source : "Light Element Nucleosynthesis in a Molecular Cloud Interacting with a Supernova Remnant and the Origin of Beryllium-10 in the Protosolar Nebula", Astrophysical Journal 796, (2014) 124 : http://stacks.iop.org/0004-637X/796/124

Contact chercheurs


[1Ce travail a reçu un financement de l’Agence Nationale de la Recherche (Programme Blanc).

[2Les FUN-CAIs (Fractionation and Unidentified Nuclear isotopes anomalies in Calcium Aluminum-rich Inclusions) sont des phases réfractaires, qui ont donc condensé à haute température, dont la composition isotopique n’a pas été modifiée depuis leur formation il y a 4,6 milliards d’années. Wielandt et al. (2012, Astrophysical Journal Letters, 748, L25) ont identifié un excès de 10B dans deux FUN-CAIs signant la présence de 10Be (période radioactive 1,4 Ma) dans ces objets quand ils se sont formés.

[3Voir un travail précédent de ces mêmes auteurs : http://institut.in2p3.fr/recherche/...