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Nucléosynthèseet l'originedes élémentsdansl'UniversS. GorielyIAA-ULB Originedes élémentsdansl'Univers?~ 83 élémentsnaturellementprésentssur Terre Par exemple: CarboneZ=6N=6N=7N=8NeutronsProtonsInstableStable98.9%1.1%instable La carte des nucléidesN(nombrede neutrons)Z(nombrede protons)~286 noyauxstables

Déterminationdes abondancesdes élémentspar •Spectroscopie•Analysede météoritesrepresentatives de la nébuleuseprotosolaire: les chondrites carbonéesComposition chimiquede notreSystèmeSolaire

10 -2 10 0 10 2 10 4 10 6 10 8 10 10

020406080

Abundance relative to Si = 10

6 Z HHeLiCOFeThUPbSiTeBaZrKrBeBComposition élementairedu SystèmeSolaire 10 -2 10 0 10 2 10 4 10 6 10 8 10 10

04080120160200240

Abundance relative to Si = 10

6 A

HHeLiCOFeThUPbTeBaZrKrBeBPtSur base de la composition isotopiquede la TerreZNZNPbHgBiTlPtOsAuIr~286 noyauxstableComposition isotopiquedu SystèmeSolaire

10 -2 10 0 10 2 10 4 10 6 10 8 10 10

04080120160200240

Abundance relative to Si = 10

6 A HHeLiCOFeThUPbTeBaZrKrBeBPtNucléosynthèseComposition isotopiquedu SystèmeSolaireSi

1938: Gamow, von Weizsackeret Bethe identifientla source d'énergiedes étoiles: les chaînesp-p et le cycle CNOBetheVon WeizsackerGamowCertainesdates importantesdansl'histoirede la nucléosynthèse

1946:Hoyle preditque la plupartdes élémentset leursisotopes sontproduitspar les étoilesHoyle

1952: P.W. Merilldécouvredu Tc àla surface des étoilest1/2(Tc) < 4MyrF. Merill(Tarzan 1928-29)TcPreuved'unenucléosynthèseriche au sein des étoilesZ=43

1951-1952:Identification la reaction 3apour franchirl'isobareinstable A=8 grâce àuneprédictionthéoriqueconfirméeexpérimentalement: la présenced'uneresonance 0+à7.7 MeV dansle 12CHoyleA=5A=8Nucléosynthèseau-delade l'Heestnée

1954-1957:La théoriede la nucléosynthèseestforgée1946, 1954: Hoyle & 1957: B2FH, CameronBurbidgeFowlerHoyleCameron

1964: Fond diffuscosmologique(rayonnementfossile) à2.7K estdécouvertpar A. Penzias and R. Wilson Penzias & Wilsonnucléosynthèseprimordiale(Big Bang)

1960s:detection des neutrinos solaires: le centredu soleilpeutêtreobservéDavis & Bahcallnaissance du problèmedes neutrinos solaires(résoluen2001 par l'expérienceSNO)

1987: explosion de SN1987A dansle Grand Nuagede Magellan: neutrinos non-solairessontdétectésAstronomiepar neutrino & nouvellescontraintessur la nucléosynthèseexplosive

1984: Découvertedu rayonnementgamma à1.809 MeV émispar le 26Mg après désintégrationbde l'26Al (t1/2=7.4 105y)Compton g-ray observatoryRaieg1.8 MeV observéedansle plan Galactiquedéveloppementde l'astronomiegau service de la nucléosynthèse

2004: Observation d'un excèsde 60Fe (t1/2=1.5Myr) dansunecroûteferromanganèsedu fond des océansT~2.8 MyragoLe Systèmesolairea étépolluépar uneSN ily a qlq2.8 Myr

2017:Détectiondes ondesgravitationnellesprovenantde la coalescence de 2 étoilesàneutronsLaser InterferometerGravitational-WaveObservatory1èreconfirmation observationnellede la nucléosynthèsedes élémentslourdspar le processusrapidede capture de neutrons (processusr)

La nucléosynthèseet l'originedes élémentsdansl'Univers•Nucléosynthèseprimordiale(Big-Bang): H, He, et du Li•Rayonscosmiques: Li-Be-B àla surface stellaireoudansle milieu interstellaire•Nucléosynthèsestellaire: les étoilesévoluentet transformentles élémentslégersenélémentslourdspar réactionsnucléaires

10 -2 10 0 10 2 10 4 10 6 10 8 10 10

04080120160200240

Abundance relative to Si = 10

6 A

HHeLiCOFeThUPbTeBaZrKrBeBPtForte corrélationentre les propriétésnucléaireset les abondancesdu systèmesolaire

L'undes grands piliersde la théoriedu Big Bang: reproduitles abondancesprimordialesobservéesde H, He, Li sur 9 ordresde grandeurLa nucléosynthèseprimordiale(Li restesur-estimépar un facteur~3)Rapport baryon/photon

10 -14 10 -12 10 -10 10 -8 10 -6 10 -4 10 -2

04080120160200240

Abundance relative to H

A H He 7 Li 6 Li 10 -14 10 -12 10 -10 10 -8 10 -6 10 -4 10 -2

04080120160200240

Abundance relative to H

A H Li C O H Be B Fe Kr Zr Te Ba Pt Pb Th U

Abondancesdu SS aujourd'huiAbondancesrésultantdu Big BangQlqs13 Gyaprès le BBLes étoilessontles chaudronscosmiquesSystème SolaireX=75%Y=25%Z=0X=70.6%Y=28%Z=1.4%BigBang

Formation stellaire"outflows""Infall"Evolution stellaireet NucléosynthèseH,4He -->12C..56Fe...Th,UNainesblanchesEtoiles àneutronsTrousnoirsVents stellairesExplosionsoutflowspallationsRayonsCosmiquesaccélérationenrichissementEvolution Chimiquede la GalaxieMilieu interstellaire(gaz/poussière)condensation... et celapendant ~13 Gyr

La Nucléosynthèsedu Li-Be-B

p + 12C→7Li + 4p + 2n→7Li + 4He +2p→6Li + 4p + 3n→6Li + 4He+ 2p +n→6Li + 4He + 3Hep12Cp + 12C→ 11B + 2p→ 10B + 2p + n→ 10B + 3He→ 9Be + 3p + n→ 9Be +3He + pRéactionsde spallation: ElémentsC-N-O accélérésàhaute énergiebombardantl'Hydrogènedu milieu interstellaireFormation de Li -Be -B

La Nucléosynthèsedes noyauxplus légersque le Fer

Facteursde surproductiondes isotopes de l'Hau Fe dansuneétoilede 25MoL'explosiondes étoilesmassivesensupernova enrichitle milieu interstellaireen élémentslourdsjusqu'auFerlog(X/Xo)

L'originedes élémentsplus lourdsque le Fer

N(nombrede neutrons)Z(nombrede protons)~2/3 des noyauxstablesFeLa nucléosynthèsedes élémentsplus lourdsque le Fe

10 -2 10 0 10 2 10 4 10 6 10 8 10 10

04080120160200240

Abundance relative to Si = 10

6 A

Abondances du SystèmeSolaire

Notre compréhensionde la nucléosynthèsepar le processusr, càdl'originede prèsde la moitiédes noyauxplus lourdque le Ferdansl'Univers, estconsidéréecommel'unedes 11 questions fondamentalesde la Physique et de l'Astronomie("Connecting Quarks with the Cosmos: Eleven Science Questions for the New Century": 2003, National research council of the national academies, USA)Certaines signatures claires•Processus de capture rapide de neutrons: Nn>> 1020cm-3•Environementexplosif: t~ 1s, T~ 109K•Enrichissement de la Galaxie très tôtEncore de nombreuses questions restent ouvertes:•Site du processus r ? Où ? Quand ? Mécanisme ?•Evolution chimique de la Galaxie ?•Physique nucléaire associée ?

Site du processusr longtempsfavorisé: Explosion Supernova des étoilesmassivesMaisjusqu'àprésent, ... sans succès ...Environementexplosif-enrichissementdu milieu interstellaire

10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0

80100120140160180200220240

M torus =0.03M o M torus =0.1M o M torus =0.3M o

Mass fraction

A

Distribution finale des abondances résultant de la coalescence de 2 ENNSM pourraitêtreun site dominant pour la nucléosynthèsedu processusrExtrêmementsimilaireàla composition des noyauxr dansle SystèmeSolaire

Le 17 août20171èredétectionde la coalescence de 2 étoilesàneutrons11h plus tardOPTIQUEObservation multi-messager

Première observation d'une"Kilonova"•La courbede lumière de la kilonovaestcompatible avec M≈0.065M⊙éjecté•La masse éjectéeet le tauxde coalescence déduitsde GW170817 impliquentque les mergers pourraientdominerla production des élémentsr dansl'UniversCourbede lumière résultantde la coalescence d'étoilesàneutrons causéepar la radioactivitéd'élémentslourdssynthétisésSpectroscopierévèle•Ejecta riche enélémentslourds(A>140)•Présencede Cs et Te(produitspar le processusr)

ASTRONUCLEAIREOBSBIG-BANG+ ++Li-Be-B+ ++SYNTHESE < Fe + ++ PROCESSUS S+/-+/-+/-PROCESSUS P+/---PROCESSUS R-/+---/+Conclusions

quotesdbs_dbs42.pdfusesText_42

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