Une équipe de chercheurs internationaux, comprenant des astrophysiciens du Centre de recherche HUN-REN pour l'astronomie et les sciences de la Terre et de l'Université de Szeged, a déterminé la chronologie de la formation du Soleil. Leurs résultats indiquent que le Soleil s'est formé relativement rapidement, en 10 à 20 millions d'années, à partir du matériau gazeux de son lieu de naissance et qu'il n'est pas né isolément, mais au sein d'une famille stellaire plus large.
Au cours de leur enquête, les chercheurs ont d'abord mesuré la désintégration des ions de thallium entièrement ionisés à l'aide d'un accélérateur de particules spécialisé au laboratoire GSI/FAIR en Allemagne. Sur la base des résultats expérimentaux, ils ont calculé la quantité de plomb radioactif (205Pb) produite dans les intérieurs des étoiles. Les chercheurs ont établi un calendrier pour la formation du Soleil à partir de son matériau gazeux parent, se situant entre 10 et 20 millions d'années, comme l'indique un récent communiqué de presse du HUN-REN CSFK.
Pour étudier la chronologie de la formation du Soleil, les astronomes utilisent la désintégration de noyaux radioactifs à longue durée de vie, qui ont été créés dans d'autres étoiles avant la naissance du Soleil. Bien que ces noyaux radioactifs se soient désintégrés au cours des 4,6 milliards d'années depuis la formation du Soleil, leurs produits de désintégration peuvent encore être détectés dans les météorites.
Le plomb radioactif (205Pb) est un sujet idéal, étant le seul noyau radioactif qui peut se former exclusivement dans des étoiles de masse moyenne, qui sont environ deux à quatre fois la masse du Soleil, par capture de neutrons.
Sur Terre, le plomb radioactif (205Pb) se désintègre en thallium (205Tl) en capturant un électron atomique, convertissant un de ses protons en neutron. Dans les étoiles, où les températures peuvent atteindre des centaines de millions de degrés Celsius et tous les électrons sont arrachés des atomes, le processus inverse peut se produire : le 205Tl se désintègre en 205Pb. Ce mode de désintégration est exceptionnellement rare.
En raison du comportement complexe de ces deux noyaux, estimer la quantité de plomb radioactif produite dans les étoiles n'est faisable que si les chercheurs comprennent comment les taux de désintégration des deux noyaux changent avec la température à l'intérieur de l'étoile. Mesurer ces désintégrations dans des conditions de laboratoire normales pose problème, car le thallium est stable sur Terre.
Pour surmonter ce défi, un groupe de chercheurs de 37 institutions de 12 pays a mesuré la désintégration des ions de thallium entièrement ionisés en utilisant l'accélérateur de particules spécialisé au GSI/FAIR en Allemagne. Cela a nécessité de dépouiller le thallium de tous ses électrons et de le maintenir dans cet état spécial pendant plusieurs heures.
Les astrophysiciens, y compris ceux du HUN-REN CSFK et de l'Université de Szeged, ont ensuite estimé la quantité de plomb radioactif expulsée des étoiles de masse moyenne en calculant de nouveaux modèles stellaires.
« Les taux de désintégration affinés nous permettent d'estimer avec une grande certitude combien de plomb radioactif (205Pb) a été produit dans les étoiles et incorporé dans le nuage de gaz parent du Soleil », a expliqué Balázs Szányi, doctorant à l'Université de Szeged.
« En comparant la quantité de plomb radioactif dérivée des météorites, nous avons conclu que le Soleil s'est formé relativement rapidement, en 10 à 20 millions d'années, à partir du matériau gazeux de son lieu de naissance. Cela correspond aux autres noyaux radioactifs formés dans les mêmes étoiles, indiquant que notre Soleil ne s'est pas formé isolément, mais comme partie d'une grande famille stellaire, avec de nombreux frères et sœurs qui se sont dispersés depuis longtemps et se sont perdus », a résumé Maria Lugaro, chercheuse à l'Institut d'astronomie.
« Les dispositifs expérimentaux révolutionnaires, la collaboration interdisciplinaire des équipes de recherche en physique nucléaire et en astrophysique du monde entier, et un travail acharné contribuent à comprendre les processus nucléaires se produisant à l'intérieur des étoiles. Notre nouvelle expérience a révélé la chronologie des événements survenus il y a 4,6 milliards d'années qui ont conduit à la formation de notre Soleil », a souligné Guy Leckenby, doctorant au centre national canadien d'accélérateurs de particules (TRIUMF) et premier auteur de la publication.
Les chercheurs dédient leur travail à leurs collègues décédés, Fritz Bosch, Roberto Gallino, Hans Geissel, Paul Kienle, Fritz Nolden et Gerald J. Wasserburg, qui ont soutenu cette recherche pendant plusieurs décennies.