Qu'est-ce qui a provoqué la formation de notre petit coin de l'univers - notre soleil et notre système planétaire? Pendant plusieurs décennies, les scientifiques ont pensé que le système solaire s'est formé à la suite d'une onde de choc d'une étoile qui explose - une supernova - qui a déclenché l'effondrement d'un nuage de gaz dense et poussiéreux, qui s'est ensuite contracté pour former le soleil et les planètes. Mais les modèles détaillés de ce processus de formation n'ont fonctionné que sous l'hypothèse simplificatrice que les températures pendant les événements violents sont restées constantes. Bien sûr, cela est très improbable. Mais maintenant, les astrophysiciens du Département de magnétisme terrestre (DTM) de la Carnegie Institution ont montré pour la première fois qu'une supernova aurait pu déclencher la formation du système solaire dans les conditions les plus probables de chauffage et de refroidissement rapides. Ces nouvelles conclusions ont-elles donc résolu ce débat de longue date?
"Nous avons des preuves chimiques de météorites qui pointent vers une supernova déclenchant la formation de notre système solaire depuis les années 1970", a fait remarquer l'auteur principal, Alan Boss de Carnegie. «Mais le diable a été dans les détails. Jusqu'à cette étude, les scientifiques n'ont pas été en mesure d'élaborer un scénario auto-cohérent, où l'effondrement est déclenché en même temps que les isotopes nouvellement créés à partir de la supernova sont injectés dans le nuage qui s'effondre. »
Les isotopes radioactifs à courte durée de vie - des versions d'éléments avec le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons - trouvés dans de très vieilles météorites se désintègrent sur des échelles de temps de millions d'années et se transforment en différents éléments (soi-disant fille). Trouver les éléments filles dans les météorites primitives implique que les radio-isotopes à courte durée de vie doivent avoir été créés seulement un million d'années avant la formation des météorites elles-mêmes. «L'un de ces isotopes parents, le fer 60, ne peut être fabriqué en quantités importantes que dans les puissants fours nucléaires d'étoiles massives ou évoluées», a expliqué Boss. «Le fer-60 se désintègre en nickel-60, et le nickel-60 a été trouvé dans les météorites primitives. Nous savons donc où et quand l'isotope parent a été fabriqué, mais pas comment il est arrivé ici. "
Les modèles précédents de Boss et ancien membre du DTM Prudence Foster ont montré que les isotopes pouvaient être déposés dans un nuage pré-solaire si une onde de choc provenant d'une explosion de supernova ralentissait à 6 à 25 miles par seconde et que la vague et le nuage avaient une température constante de - 440 ° F (10 K). "Ces modèles ne fonctionnaient pas si le matériau était chauffé par compression et refroidi par rayonnement, et cette énigme a laissé de sérieux doutes dans la communauté quant à savoir si un choc de supernova a déclenché ces événements il y a plus de quatre milliards d'années", a déclaré Harri Vanhala, qui a trouvé le résultat négatif dans son doctorat. travail de thèse au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics en 1997.
En utilisant un code hydrodynamique de raffinement de maillage adaptatif, FLASH2.5, conçu pour gérer les fronts de choc, ainsi qu'une loi de refroidissement améliorée, les chercheurs de Carnegie ont considéré plusieurs situations différentes. Dans tous les modèles, le front de choc a frappé un nuage pré-solaire avec la masse de notre soleil, composé de poussière, d'eau, de monoxyde de carbone et d'hydrogène moléculaire, atteignant des températures aussi élevées que 1340 ° F (1000 K). En l'absence de refroidissement, le nuage n'a pas pu s'effondrer. Cependant, avec la nouvelle loi sur le refroidissement, ils ont constaté qu'après 100 000 ans, le nuage pré-solaire était 1 000 fois plus dense qu'auparavant et que la chaleur du front de choc était rapidement perdue, résultant en une seule couche mince avec des températures proches de 1 340 ° F (1000 K). Après 160 000 ans, le centre des nuages s'était effondré pour devenir un million de fois plus dense, formant le protosun. Les chercheurs ont découvert que les isotopes du front de choc étaient mélangés au protosun d'une manière cohérente avec leur origine dans une supernova.
"C'est la première fois qu'un modèle détaillé d'une supernova déclenchant la formation de notre système solaire fonctionne," a déclaré Boss. "Nous avons commencé avec un Little Bang 9 milliards d'années après le Big Bang."
Source: Carnegie Institution for Science
