La nucléosynthèse stellaire

L’origine des éléments chimiques qui composent la matière ordinaire de l’Univers est longtemps demeurée un mystère insondable. Ce n’est qu’avec la découverte de la mécanique quantique et le développement de la physique nucléaire que le rôle des étoiles dans l’enrichissement chimique de l’Univers a pu être établi. De nouveaux noyaux d’atomes sont produits en permanence dans le cœur des étoiles et l’énergie libérée par ces processus nucléaires contribue à faire briller ces astres. Une partie de cette matière stellaire fraîchement synthétisée peut être dispersée dans l’espace en étant incorporée à des vents de particules soufflés par certaines étoiles. Des produits de nucléosynthèse sont également restitués au milieu interstellaire lors de l’explosion d’étoiles en fin de vie, les supernovæ.

Aujourd’hui nous connaissons dans les grandes lignes l’origine cosmique de la plupart des nucléides. Nous pouvons dire avec confiance que tel isotope du carbone, de l’oxygène ou du silicium est produit dans les étoiles de tel type, à tel moment de leur vie, par tel processus nucléaire. Mais de nouvelles mesures d’abondance dans l’Univers ravivent sans cesse certaines problématiques astrophysiques et requièrent de nouvelles études de réactions nucléaires auprès d’accélérateurs de particules. Les abondances des éléments sont généralement mesurées au travers de l’observation astronomique de raies atomiques et moléculaires dans des longueurs d’onde allant de la radio aux rayons X. Des abondances isotopiques sont également extraites de l’observation en astronomie gamma de quelques noyaux radioactifs, ainsi que de l’analyse de matériaux extraterrestres. S’appuyant tout à la fois sur des mesures cosmochimiques en laboratoire et des observations astronomiques dans diverses longueurs d’onde, sur des expériences de physique nucléaire et des outils numériques de modélisation astrophysique, l’étude de la nucléosynthèse est sans nul doute l’un des sujets les plus interdisciplinaires de la science.

Dans ce cours, nous présenterons dans les grandes lignes l’évolution des étoiles et les différents processus nucléaires à l’œuvre au sein de ces astres. Nous mettrons alors en lumière l’effet de certaines propriétés du monde subatomique sur la vie et l’apparence des étoiles.