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Le mystère derrière la grande abondance de lithium dans certaines étoiles avancées

Les scientifiques ont trouvé des preuves du mystère derrière la grande abondance de lithium – un oligo-élément sur Terre et un composant clé des batteries rechargeables, dans certaines étoiles avancées.

Depuis plus de quatre décennies, les astronomes savent qu’une classe d’étoiles a une quantité anormale de lithium à sa surface. La raison et les processus derrière la forte abondance de lithium dans environ 1% des géantes rouges sont restés un mystère puisque les modèles d’évolution des étoiles ont prédit que le lithium était détruit dans le plasma chaud de l’étoile.

M. Deepak de l’Institut indien d’astrophysique (IIA) de Bangalore, un institut indépendant relevant du Département des sciences et de la technologie (DST), du gouvernement indien, le professeur émérite David Lambert de l’Université du Texas à Austin et membre honoraire de l’IIA Bangalore ont confirmé pour la première fois que toutes les étoiles riches en lithium brûlent de l’hélium dans son cœur. Ils spéculent dans leur article publié dans la revue MNRAS que la production de lithium est associée à un violent flash d’hélium primaire.

« Il y a environ quatre décennies, une géante rouge a été découverte avec une abondance inhabituelle de lithium à sa surface. À tous autres égards, cette géante rouge avait une composition normale. Une première enquête de suivi du lithium parmi les géantes rouges a montré que seulement une pour cent des géantes rouges semblables au soleil Il a une surface riche en lithium. Questions sur les processus qui ont conduit à une augmentation d’environ 100 fois de l’abondance du lithium dans cette extraordinaire géante rouge et pourquoi cet enrichissement sélectif du lithium dans le un pour cent de les géantes rouges nous ont intrigués », explique Deepak.

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Les auteurs se sont appuyés sur une vaste étude des structures des géantes rouges en Australie à l’Australian National University avec des observations recueillies sur le télescope anglo-australien de 3,9 mètres de l’Australian Astrophysical Observatory. L’enquête GALAH – du nom d’un oiseau australien commun – a fourni un amas d’environ 500 000 étoiles avec des propriétés physiques et chimiques bien définies, y compris une abondance de lithium.

Pour voir si l’enrichissement en lithium des géantes rouges favorisait une masse et un métal particuliers, ils ont séparé les étoiles de Galah en différentes bandes de masse et de métal, puis ont recherché des géantes riches en lithium parmi ces groupes. Réalisé pour la première fois à une si grande échelle et sur une large gamme de masse et de métallicité, cet exercice révèle la rare présence de géantes riches en lithium dans toutes les étoiles de faible masse semblables au Soleil.

Ils ont créé des étoiles hypothétiques avec différentes masses et métallicités et ont comparé les propriétés de ces étoiles hypothétiques à celles d’étoiles réelles de l’enquête GALAH. Ces comparaisons ont confirmé que toutes les étoiles riches en lithium brûlent de l’hélium dans leur cœur.

Dans une étude distincte, les chercheurs ont combiné des informations sur les oscillations à l’intérieur des étoiles avec des abondances de lithium pour trouver l’origine des étoiles géantes riches en lithium. Dans cette étude, ils ont collecté des données sur la sismicité stellaire (c’est-à-dire des informations sur les oscillations à l’intérieur des étoiles) d’étoiles géantes avec une abondance mesurée de lithium. Ils ont découvert que toutes les étoiles géantes riches en lithium brûlent de l’hélium dans leur cœur.

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Il y a des années, les astrophysiciens nucléaires ont proposé une séquence simple et courte de réactions nucléaires impliquant des collisions entre deux isotopes stables de l’hélium qui stabilisaient l’isotope du lithium. Cette réaction est supposée se produire lors de l’allumage violent initial de la combustion de l’hélium dans le cœur appauvri en hydrogène avant le début de la combustion stable de l’hélium dans la géante rouge. Les auteurs adoptent cette idée et invitent les astrophysiciens théoriciens intéressés par la structure interne des géantes rouges à fournir des estimations quantitatives de la production de lithium lors des flambées de combustion d’hélium des géantes rouges.

(avec la contribution du PIB)

Delphine Perrault

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