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Les «  flocons de neige  » radioactifs agissent comme les plus petites bombes nucléaires de l’univers

De minuscules flocons de neige radioactifs uranium qui déclenchent des explosions nucléaires massives pourraient expliquer certaines des explosions d’étoiles les plus mystérieuses de l’univers.

Au fur et à mesure que les petites étoiles meurent, elles se refroidissent pour devenir des enveloppes de leur ancien moi, appelées naines blanches. Une nouvelle recherche propose que les atomes d’uranium coulent au centre de ces étoiles naines blanches vieillissantes à mesure qu’elles refroidissent, se congelant en cristaux semblables à des flocons de neige pas plus gros que des grains de sable. Là, ces «flocons de neige» peuvent agir comme certaines des plus petites bombes nucléaires de l’univers, devenant «l’étincelle qui déclenche la poudrière», a déclaré le co-auteur de l’étude, Matt Caplan, physicien théoricien à l’Illinois State University.

« Il est important de comprendre comment ces explosions se produisent pour toutes sortes d’applications, de la production d’éléments à l’expansion de l’univers », a déclaré Caplan à 45Secondes.fr.

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Ces explosions d’étoiles inhabituellement faibles font partie d’une classe connue sous le nom de supernovas de type Ia. En règle générale, les scientifiques pensent que ces explosions se produisent lorsqu’une étoile naine blanche atteint une masse critique après avoir siphonné le gaz d’une étoile compagnon avec laquelle la naine blanche est en orbite. Parce que les supernovas de type Ia explosent lorsqu’elles atteignent la même masse, elles ont la même luminosité. Cette luminosité uniforme leur permet d’être utilisés comme norme par laquelle les distances t dans l’univers sont mesurées.

Cependant, les astronomes ont remarqué certaines supernovas de type Ia qui sont légèrement plus sombres qu’elles ne devraient l’être. La nouvelle recherche, acceptée dans la revue Lettres d’examen physique, propose une explication dans laquelle des naines blanches de masse inférieure sans compagnon étoile binaire peuvent exploser d’elles-mêmes en tant que supernovas – même sans siroter la masse d’une étoile proche.

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« Peut-être que nous n’avons pas besoin du compagnon », a déclaré le co-auteur de l’étude Chuck Horowitz, un astrophysicien nucléaire théorique à l’Université de l’Indiana, à 45Secondes.fr. « Peut-être qu’une seule étoile seule peut exploser. »

La naissance d’une bombe atomique stellaire

Les naines blanches sont les noyaux restants des étoiles moins de 10 fois la masse du soleil. Après avoir perdu leurs couches extérieures, les naines blanches sont des boules froides carbone et oxygène avec quelques autres éléments, comme l’uranium, saupoudrés. Alors qu’ils refroidissent lentement pendant des centaines de milliers d’années, leurs atomes gèlent, les atomes les plus lourds – comme l’uranium – s’enfonçant dans le noyau et se solidifiant en premier.

Traditionnellement, les scientifiques pensaient que ces naines blanches, lorsqu’elles étaient seules, finissaient par devenir des enveloppes froides et sombres. Mais dans certains cas, ce processus pourrait préparer le terrain pour une explosion massive de type bombe nucléaire, ont déclaré les scientifiques. Lorsque des atomes d’uranium engloutis se heurtent, ils gèlent, formant de minuscules flocons de neige radioactifs. Moins d’une heure après la formation du flocon de neige, un neutron qui passe dans le noyau pourrait s’écraser dans le flocon de neige, déclenchant fission – la réaction nucléaire dans laquelle un atome est divisé. Cette fission pourrait déclencher une réaction en chaîne, similaire à celle d’une bombe nucléaire, enflammant éventuellement le reste de l’étoile et provoquant l’explosion de la naine blanche en supernova.

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Pour que cette réaction en chaîne se produise, cependant, il doit y avoir beaucoup de l’isotope radioactif uranium-235. Parce que cet isotope se désintègre naturellement au fil du temps, ce type d’explosion n’est possible que dans les plus grandes étoiles, qui ont la durée de vie la plus courte. Les étoiles plus petites, comme le soleil, dans le futur à environ 5 milliards d’années quand il mourra, n’auraient plus assez d’uranium 235 pour de telles explosions au moment où elles sont devenues des naines blanches.

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Le nouveau document a été accueilli avec un scepticisme intéressé par certains scientifiques.

« Si cela fonctionne, ce serait une façon vraiment intéressante de le faire », a déclaré Ryan Foley, astronome à l’Université de Californie à Santa Cruz, à 45Secondes.fr. Cependant, Foley a noté que les supernovas sombres de Type Ia ont tendance à provenir d’anciennes populations de « Parmi les jeunes étoiles, il y a très peu, voire aucune, supernovae de type Ia faible », a déclaré Foley.

Bien que la recherche ait montré que ce nouveau mécanisme est physiquement possible, il n’est pas encore clair si ces explosions d’étoiles en solo se produisent vraiment, à quelle fréquence elles se produisent et comment exactement la fission qui les alimente est déclenchée.

« En ce moment, nous sommes impatients de lancer des simulations pour voir si les flocons de neige peuvent vraiment déclencher la réaction en chaîne de fission pour faire exploser l’étoile », a déclaré Caplan à 45Secondes.fr. « Même s’il ne s’enflamme pas complètement, il serait intéressant de voir s’il y a un pétillement ou une faible combustion dans le noyau. »

Publié à l’origine le Science en direct.

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