Univers et métaux lourds

On nous attribue la naissance de quelque chose comme le heavy metal. Si c'est le cas, alors nous devons de toute urgence avoir un avortement.
- Ginger Baker, fondateur du groupe de rock britannique Cream

Regardez autour de vous. Regardez attentivement. Pour tout ce qui vous entoure - pierres, arbres, montagnes, ciel, nuages, soleil, eau, tous les êtres vivants.

En quoi tout cela consiste-t-il?



À un niveau fondamental, tout ce que vous savez, tout sur Terre, est composé d'atomes. Hydrogène, carbone, azote, calcium, fer, or, etc. Tous les éléments de l'univers sont combinés de différentes manières pour obtenir tout ce que nous pouvons observer dans l'univers. Et si nous regardons l'essence des objets, nous verrons la chose même qui donne à chaque atome ses propriétés spéciales.



Et, étonnamment, ce sera juste le nombre de protons dans le noyau d'un atome. Et toute la variété des choses qui existent dans notre monde ne peut exister que parce que dans le monde il y a une abondance de divers éléments, de l'hydrogène à l'uranium et au-delà.



Mais tous ces éléments n'ont pas toujours existé. Et, bien sûr, il n'y en avait pas toujours autant qu'aujourd'hui. Par exemple, quelques minutes après le Big Bang, l'Univers s'est suffisamment refroidi pour que toutes les réactions nucléaires qui pourraient se produire dans les conditions existantes s'y produisent. Et nous pouvons dire quels éléments étaient à ce moment dans l'univers.



Curieusement, mais l'Univers (en masse) se compose de 76% d'hydrogène, 24% d'hélium et pas plus de 0,000000001% de tous les autres éléments combinés. L'Univers s'est refroidi et a généré sans problème des atomes neutres, mais comme seul l'hydrogène avec de l'hélium et une quantité négligeable d'autres atomes y sont apparus, on ne peut qu'être surpris de regarder ce que nous avons aujourd'hui.



D'où tout cela vient-il? Tous les éléments disponibles aujourd'hui sont apparus, et apparaissent toujours d'une manière: dans les étoiles.



Notre Soleil, comme la plupart des étoiles, au cours de la fusion nucléaire transforme l'hydrogène en hélium, et c'est ce qui nourrit notre luminaire. Mais les étoiles les plus lourdes et les plus massives brûlent leur carburant beaucoup plus rapidement. Et lorsqu'ils brûlent tout l'hydrogène, ils transforment l'hélium résultant en carbone, puis en azote, oxygène, néon et sodium, puis en silicium et en soufre, puis en fer, nickel, cobalt et cuivre.



Les étoiles atteignent ce stade, dont la masse dépasse le minimum solaire de huit, voire des centaines de fois. Il faudra à notre Soleil une dizaine de milliards d'années pour brûler tout son carburant. Et des étoiles plus massives brûlent de dizaines de millions à seulement des dizaines de milliers d'années jusqu'à ce qu'elles manquent de carburant dans leur cœur! Et la prochaine étape est très divertissante.



Une étoile se transforme en supernova, et l'énergie émise par elle est suffisante pour créer tous les éléments de l'Univers, et en quantité énorme.

La vidéo montre comment ces éléments se dispersent et tombent dans l'univers. Du point de vue de l'hydrogène pur et de l'hélium, on peut dire qu'ils "polluent" l'Univers. Mais si vous aimez l'abondance de tous ces métaux lourds et autres éléments dans l'Univers, vous pouvez dire qu'ils l'enrichissent.

Dans certaines régions riches par le passé avec de grandes masses d'étoiles - en particulier là où de nombreuses générations d'étoiles ont déjà changé - vous pouvez trouver une énorme quantité de métaux. C'est cette image qui est observée dans cette partie du cosmos où se trouve le Soleil. Après tout, il possède un grand nombre de raies d'absorption spectrale qui déterminent uniquement la présence d'éléments lourds!



Contrairement à l'Univers «propre», notre région du cosmos est enrichie et environ 2% de tous les éléments qu'il contient sont plus lourds que l'hydrogène ou l'hélium. Notre Soleil a été précédé d'au moins deux générations d'étoiles qui se sont formées, ont brûlé leur carburant, sont mortes et ont enrichi leur région de l'espace. Mais notre région ne peut pas être appelée l'une des régions les plus riches de l'Univers, ni même notre galaxie.

Et où peut-on chercher de telles régions?



Un grand nombre d' éléments plus lourds que l'hélium, que les cosmologistes appellent les métaux , sont situés au centre des galaxies les plus massives - les régions les plus brillantes, les plus actives et les plus cruelles connues dans l'Univers.

Les galaxies ont commencé à former des étoiles seulement 50-100 millions d'années après le Big Bang, et dans les galaxies les plus massives et les plus riches, avant que leur lumière ne nous atteigne, pas une ou deux, mais de nombreuses générations d'étoiles peuvent être remplacées.

Par conséquent, quand je vois des nouvelles comme celle-ci :

Les scientifiques ont été surpris de découvrir que le carbone existait dans l'Univers beaucoup plus tôt que prévu.

Je suis extrêmement étonné. Parce que s'ils ne signifient pas l'année «antérieure» de 1920, alors nous ne le pensons pas!



Il s'agit du TN J0924-2201 , la plus éloignée des radio-galaxies ouvertes (avec redshift z = 5.19. Plus le nombre de redshifts est grand, plus l'Univers était jeune et plus l'objet nous éloignait). Un travail scientifique a été écrit à son sujet. Mais est-il si surprenant que tant de métaux lourds aient été découverts dans cette galaxie? Nous citons l' article :

Dans l'intervalle 2,0 <z <4,5, aucune évolution de la métallicité n'est observée. En utilisant la spectroscopie proche infrarouge, Jiang et ses collègues (2007) n'ont pas trouvé d'évolution prononcée de la métallicité jusqu'à z ~ 6. Récemment, Juarez et ses collègues (2009) ont constaté que la métallicité est très élevée même pour les quasars avec z ~ 6. Ces résultats montrent que l'ère principale de l'évolution chimique dans les noyaux actifs des galaxies est à z> 6.

Ne vous laissez pas berner par les gros titres: il est bien connu que l'Univers était riche en métaux et a sérieusement évolué déjà plusieurs centaines de millions d'années après le Big Bang, c'est-à-dire lorsque son âge n'était que de 5% du présent! Par exemple, prêtons attention à cette galaxie «bébé»:

scienceblogs.com/startswithabang/files/2011/11/spitzer_hubble_big_baby_galaxy_2.jpeg

Cette galaxie n'a que 700 millions d'années, son décalage vers le rouge est tel que la lumière qui en provient - dont la plupart était bleue ou ultraviolette - s'est déjà déplacée de la partie visible du spectre! Et pourtant cette galaxie est non seulement 8 fois plus grande en masse que la Voie lactée, mais encore plus riche en éléments lourds que notre Soleil!

Et pourtant, nous savons qu'à un certain moment dans le passé, la toute première des étoiles formées n'était constituée que d'hydrogène et d'hélium. C'était où? Il ne reste plus qu'à regarder plus loin dans le passé.



Jusqu'à présent, c'est la plus éloignée de toutes les galaxies que nous connaissons: UDFj-39546284 . Il existait alors que l'univers n'avait que 480 millions d'années, soit 3,5% de son âge actuel!

Il y a un petit nombre d'étoiles bleues chaudes dans cette galaxie, et sa masse est inférieure à 1% de la masse de la Voie lactée! Les premières étoiles s'y sont-elles formées? Cette galaxie est-elle typique des premiers stades alors existants de l'univers?

Selon nos meilleures théories, nous ne serons pas surpris si les premières galaxies étaient riches en métaux et - dans de nombreux cas - leurs masses étaient comparables à la masse de la Voie lactée. Mais à un moment donné, certaines des galaxies lointaines seront les toutes premières. Et nous voulons savoir où c'était et quand. Et maintenant, un seul plan est en cours d'élaboration pour clarifier ce fait.



Et ce n'est qu'une des raisons pour lesquelles nous avons besoin d'un télescope spatial pour eux. James Webb!

Et même si nous ne l'avons pas lancé, ne soyez pas surpris que les parties lointaines de l'Univers soient constituées de métaux lourds, d'étoiles évoluées et de galaxies massives. L'univers est un endroit où tout ce que nous savons se passe très rapidement. On ne peut que deviner combien d'années, dans des conditions appropriées, des planètes et même la vie auraient pu se former!