6. Anomalies isotopiques et étoiles Wolf-Rayet
La composition isotopique des rayons cosmiques montre trois anomalies importantes : les isotopes riches en neutrons – néon 22, magnésium 26 + magnésium 25 et silicium 30 + silicium 29 – sont plus abondants aux sources des rayons cosmiques que dans la matière galactique locale ; les facteurs d'enrichissement sont considérables, respectivement 2,9 pour le néon et 1,8 pour le magnésium et le silicium (la mesure est imprécise dans ce dernier cas).
En revanche, les masses atomiques moyennes de sept autres éléments – azote, sodium, aluminium, soufre, calcium, manganèse, fer – ont été trouvées égales à celles qui sont mesurées dans la matière galactique locale.
Ces anomalies importantes semblent montrer que si la majeure partie du rayonnement cosmique a pour origine des étoiles brûlant de l'hydrogène, comme le Soleil, une petite fraction (2 p. 100) aurait pour origine des étoiles évoluées brûlant lentement de l'hélium. Cette hypothèse est confortée par le fait que le carbone est en excès d'un facteur 2 à 3 dans les rayons cosmiques galactiques par rapport aux rayons cosmiques solaires. Des sources adéquates sont probablement les étoiles Wolf-Rayet, étoiles massives qui expulsent un puissant vent stellaire constitué par les produits de la combustion de l'hélium. Cette combustion « calme » synthétise du carbone et/ou de l'oxygène par fusion de trois ou quatre noyaux d'hélium dans le cœur de l'étoile. En même temps, l'addition de deux noyaux d'hélium à l'azote présent produit une surabondance de néon 22 d'un facteur 120 par rapport au néon 20. Or une étoile massive (de 5 à 50 fois la masse du Soleil) nous offre une possibilité unique d'observer directement à sa surface les éléments fraîchement synthétisés. En effet, la perte de masse énorme due au vent stellaire intense dénude le cœur de l'étoile et ce vent injecte dans le milieu interstellaire et, peut-être, dans les rayons cosmiques une quantité importante d'éléments récemment synthétis […]
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