NUCLÉOSYNTHÈSE

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Nucléosynthèse explosive

Les étoiles explosives comme les novae et les supernovae sont responsables d'une grande partie de la nucléosynthèse stellaire. À chaque processus, fusions de l'hydrogène, de l'hélium, du carbone et de l'oxygène qui se produisent durant les phases calmes de l'évolution stellaire, on peut y associer les processus explosifs qui se produisent à des températures plus élevées et qui conduisent à la formation de processus nucléosynthétiques différents. Par exemple, la fusion explosive de l'hydrogène (qui se produit dans les novae par l'intermédiaire du cycle CNO chaud à des températures supérieures à 108 K) conduit à la formation d'éléments comme 13C, 15N, 17O ou 21Ne. Le tableau donne le détail des conditions physiques régissant les différents processus explosifs ainsi que les principaux éléments chimiques ainsi produits.

Ces processus explosifs ne sont pas les seuls événements à se produire lors de l'explosion des supernovae. On pense que ces astres sont également responsables des réactions de quasi-équilibre du silicium, de photodésintégration du fer, de capture rapide de neutrons et enfin de production des noyaux lourds les plus riches en protons dits éléments « p » :

– Les réactions de quasi-équilibre du silicium se produisent à des températures comprises entre 3 et 5 ( 109 K. Elles consistent en une photodésintégration partielle des noyaux de silicium :

les protons, neutrons et particules α ainsi produits sont absorbés par les noyaux qui n'ont pas été désintégrés et permettent la synthèse des éléments compris entre le silicium et le chrome ;

– Les réactions de photodésintégration du fer qui se produisent lors de l'explosion des supernovae sont en fait à l'origine de ces explosions et expliquent la forme du pic du fer dans les courbes des abondances des éléments ;

– Lors de l'explosion des supernovae, un grand nombre de neutrons doivent être libérés très rapidement par les réactions explosives et doivent être à l'origine des réactions d'absorption rapide de neutrons ; cela explique la formation des éléments lourds dont le noyau est relativement riche en neutrons (les isotopes les plus lourds) et de tous les éléments plus lourds que le plomb 209 ;

– Les noyaux lourds, riches en protons (noyaux p ou isotopes les plus légers), sont formés par réaction de fusion explosive ou de photodésintégration partielle des noyaux produits par capture lente de neutrons.

On voit donc combien les étoiles explosives comme les supernovae ont un effet nucléosynthétique important. Cela a été vérifié par les observations en optique ou en rayonnements X et gamma des restes de supernovae, où l'on remarque des surabondances en éléments lourds qui ont dû être fabriqués au cours de l'explosion.

En résumé et en conclusion, il est difficile de passer en revue en quelques lignes un sujet aussi important et complexe que la nucléosynthèse. On doit remarquer simplement que les différents processus sont maintenant assez bien compris, tout au moins dans leur principe, et que la détermination des différents sites nucléosynthétiques devient à la fois et plus raffinée et plus sûre. Grâce à ces études, qui font intervenir les progrès les plus récents obtenus en physique nucléaire, on sait non seulement d'où viennent les différents éléments chimiques, mais on peut également commencer à retracer leur histoire à l'échelle de l'évolution de la Galaxie. Ainsi, tous les êtres vivants sont fabriqués à partir de poussières d'étoiles et de restes de supernovae d'un âge supérieur à cinq milliards d'années. La nucléosynthèse apparaît donc comme l'outil essentiel pour comprendre la composition de la matière observable qu'elle explique avec maintenant beaucoup de succès.

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Nucléosynthèse, J. Audouze

Nucléosynthèse, J. Audouze
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Abondance des éléments par rapport au silicium

Abondance des éléments par rapport au silicium
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Formation des éléments chimiques : processus

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Processus

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Écrit par :

  • : directeur de recherche émérite CNRS, Institut d'astrophysique de Paris

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Pour citer l’article

Jean AUDOUZE, « NUCLÉOSYNTHÈSE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 27 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/nucleosynthese/