Découverte de rares étoiles à rubidium

Des étoiles fortement enrichies en rubidium ont été découvertes par une équipe internationale d'astrophysiciens, dont Bertrand Plez, du Groupe de Recherche en Astronomie et Astrophysique du Languedoc (GRAAL) de l'université de Montpellier 2, CNRS. L'existence de ces étoiles a été prédite théoriquement depuis des décennies, mais elles n'avaient jamais encore été mises en évidence. Ce résultat est publié dans le numéro de Science du 15/12/06

Le rubidium est un métal alcalin, dont la théorie prédit qu'un isotope légèrement radioactif (le rubidium 87) est produit dans des étoiles géantes rouges de masse comprise entre 4 et 8 fois la masse du Soleil, par capture de neutrons par des noyaux de fer, un processus appelé "la capture lente de neutrons". Jusqu'à maintenant ces étoiles, rares car elles ne représentent qu'une infime fraction de toutes les étoiles de la Galaxie, sont restées indétectables, car elles s'entourent en plus d'un cocon de gaz et de poussière.

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Vue d'artiste d'une étoile géante rouge massive en fin de vie.
Elle perd beaucoup de matière du fait d'un vent important.
Un spectre, tel que ceux observés dans ce travail, montre une forte raie d'absorption
du rubidium, qui a été récemment fabriqué par l'étoile.
Ce rubidium est ensuite dispersé dans l'espace interstellaire par le vent de l'étoile

La tâche n'a pas été facile. L'équipe s'est concentrée sur un échantillon de 102 géantes rouges parmi les plus obscurcies, car ces cocons de poussière se forment tout à la fin de l'évolution de ces étoiles lorsqu'elles sont également en train de fabriquer des éléments tels le rubidium, le zirconium, l'yttrium, le technétium, ou le néodyme. Les observations ont été réalisées en spectrographie au télescope William Herschel de 4m à La Palma et au télescope de 3,60m de l'ESO à la Silla, Chili. Sur cet échantillon, 42 étoiles étaient si obscurcies, qu'elles n'ont donné lieu à aucun signal exploitable sur les caméras. Sur les 60 restantes, des quantités importantes de rubidium ont été détectées, et mesurées, dans 17 étoiles (jusqu'à 400 fois plus que dans le Soleil).

Cette découverte est importante à plusieurs titres:

- d'abord elle établit, ce qui n'avait jamais pu être vérifié, que la production d'éléments par la capture lente de neutron se déroule de manière très différente selon la masse de l'étoile, du fait de la source de neutron qui n'est pas la même. Les modèles stellaires sont d'ailleurs mis en difficulté par les quantités mesurées de rubidium plus importantes que prévu ;
- d'autre part, ces étoiles perdant énormément de leur matière, le rubidium (comme les autres éléments) produit est rejeté dans le milieu interstellaire, et s'y mélange, avant d'être éventuellement incorporé dans les générations suivantes d'étoiles et de planètes ;
- enfin, l'isotope rubidium-87 est utilisé pour dater la formation du système solaire, et la probable présence d'un certain nombre d'étoiles géantes rouges massives au moment de sa formation pourrait avoir un impact sur certaines anomalies rencontrées dans cette datation.