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La mort d’étoiles naines blanches en supernova peut exploser comme une bombe nucléaire

Quand une étoile naine blanche explose comme un supernova, il peut exploser comme une arme nucléaire sur Terre, selon une nouvelle étude.

Nains blancs sont les noyaux sombres et décolorés de la taille de la Terre d’étoiles mortes qui restent après que les étoiles de taille moyenne ont épuisé leur carburant et perdu leurs couches externes. Notre soleil deviendra un jour une naine blanche, tout comme plus de 90% des étoiles de notre galaxie.

Des recherches antérieures ont montré que les naines blanches peuvent mourir dans des explosions nucléaires appelées supernovas de type Ia. Beaucoup reste inconnu sur ce qui déclenche ces explosions, mais des travaux antérieurs suggéraient qu’elles peuvent se produire lorsqu’un nain blanc acquiert du carburant supplémentaire d’un compagnon binaire, peut-être en raison d’une collision. (En revanche, les supernovas de type II se produisent lorsqu’une seule étoile meurt et s’effondre sur elle-même).

Maintenant, les chercheurs ont suggéré une nouvelle façon dont les supernovas de type Ia pourraient se produire – une naine blanche peut exploser comme une arme nucléaire.

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Au fur et à mesure qu’une naine blanche se refroidit, l’uranium et d’autres éléments radioactifs lourds connus sous le nom d’actinides cristallisent dans son noyau. Parfois, les atomes de ces éléments subissent spontanément une fission nucléaire, se divisant en fragments plus petits. Ces cas de désintégration radioactive peuvent libérer de l’énergie et des particules subatomiques, telles que des neutrons, qui peuvent briser les atomes voisins.

Si la quantité d’actinides dans le noyau d’une naine blanche dépasse une masse critique, cela peut déclencher une réaction en chaîne de fission nucléaire explosive et incontrôlable. Cette explosion peut alors déclencher une fusion nucléaire, avec des noyaux d’atomes fusionnant pour générer d’énormes quantités d’énergie. De la même manière, une bombe à hydrogène utilise une réaction de fission nucléaire en chaîne pour faire exploser une explosion de fusion nucléaire.

Cette simulation par ordinateur montre un cristal d’uranium (orange) se formant dans un liquide de noyaux de carbone et d’oxygène (blanc). (Crédit d’image: CJ Horowitz et ME Caplan)

Les calculs de la nouvelle étude et les simulations informatiques ont révélé qu’une masse critique d’uranium peut en effet se cristalliser à partir du mélange d’éléments habituellement trouvés dans une naine blanche en refroidissement. Si cet uranium explose en raison d’une réaction en chaîne de fission nucléaire, les scientifiques ont découvert que la chaleur et la pression résultantes dans le noyau de la naine blanche pourraient être suffisamment élevées pour déclencher la fusion d’éléments plus légers, tels que le carbone et l’oxygène, entraînant une supernova.

« Les conditions pour construire et déclencher une bombe atomique semblaient très difficiles – j’ai été surpris que ces conditions puissent être satisfaites de manière naturelle à l’intérieur d’une naine blanche très dense », co-auteur de l’étude Charles Horowitz, astrophysicien nucléaire à l’Université de l’Indiana, dit 45secondes.fr. « Si cela est vrai, cela fournit une toute nouvelle façon de penser aux supernovae thermonucléaires, et peut-être à d’autres explosions astrophysiques. »

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Alors, combien de supernovas de type Ia ce nouveau mécanisme pourrait-il aider à expliquer? « Peut-être environ la moitié », a déclaré Horowitz.

Plus précisément, ces nouvelles découvertes pourraient expliquer les supernovas de type Ia qui se produisent moins d’un milliard d’années après la formation d’une naine blanche, car leur uranium ne s’est pas encore complètement désintégré radioactivement. En ce qui concerne les naines blanches plus âgées, les supernovas de type Ia pourraient se produire par la fusion de deux naines blanches, a déclaré Horowitz.

Les recherches futures peuvent inclure l’exécution de simulations informatiques pour déterminer si les réactions en chaîne de fission chez les naines blanches peuvent déclencher la fusion, et comment cela se produit. « Il existe de nombreux processus physiques différents pendant l’explosion, et par conséquent, il existe de nombreuses incertitudes possibles », a déclaré Horowitz. Un tel travail pourrait également révéler des moyens de détecter si des supernovas de type Ia se sont produites ou non à cause de ce nouveau mécanisme.

Horowitz et le co-auteur de l’étude Matt Caplan, physicien théoricien à l’Illinois State University, ont détaillé leurs découvertes en ligne le 29 mars dans la revue Physical Review Letters.

Publié à l’origine sur 45secondes.fr.

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