La nucléosynthèse

Les étoiles massives jouent un rôle essentiel dans l'évolution chimique du cosmos. En effet, comme nous le verrons plus tard, l'univers n'est à l'origine constitué que de deux éléments chimiques, l'hydrogène et l'hélium. S'il en restait à ce stade, il serait bien morne, aucune chimie ne se développerait, aucune planète ne pourrait se former et la vie ne pourrait pas naître. Les étoiles peu massives essayent de remédier à ce problème en produisant quelques éléments plus lourds comme le carbone ou l'oxygène et en les éjectant vers l'espace par l'intermédiaire des vents stellaires et des nébuleuses planétaires. Leur influence est cependant limitée, du fait du petit nombre d'éléments créés et de la masse relativement faible mise en jeu.

Le rôle majeur dans la création des éléments chimiques revient aux étoiles massives. Nous avons vu qu'au cours de leur vie, celles-ci sont le siège d'une succession de réactions nucléaires de plus en plus complexes qui aboutissent à tous les éléments plus légers que fer-56, par exemple le silicium, le soufre ou le cuivre. Mais ces étoiles ne se contentent pas de produire des éléments lourds, elles se chargent aussi de les distribuer. Elles le font lors de l'explosion finale, lorsque l'enveloppe, riche en éléments nouveaux, est déchirée et expulsée vers les espaces interstellaires. Ainsi, génération après génération, les étoiles massives enrichissent peu à peu l'univers en éléments lourds, lui permettent de développer une chimie complexe et lui donnent l'opportunité de créer la vie.

Les éléments les plus lourds

Les étoiles massives ne se limitent pas à produire des éléments chimiques plus légers que le fer-56. Elles vont en fait être à l'origine de tous les éléments que nous connaissons. Nous l'avons déjà remarqué, les réactions nucléaires produisent non seulement de l'énergie, mais aussi diverses particules, en particulier des neutrons. Ceux-ci ne portent pas de charge électrique et ne sont pas soumis à la répulsion électrique des autres noyaux. Les neutrons peuvent donc facilement se coller à d'autres noyaux et augmenter leur masse. Ensuite, si l'ensemble ainsi créé n'est pas stable, il va se transmuter et donner finalement naissance à un nouvel élément chimique. C'est grâce à ce processus, appelé la capture lente de neutrons, que sont produits certains éléments plus lourds que le fer, comme par exemple l'or ou le plomb.

Pour aller encore plus loin et créer les éléments les plus lourds, il faut avoir recours à la capture rapide de neutrons. Celle-ci se produit au moment même de l'explosion de la supernova. Lorsque les couches internes de l'enveloppe s'écrasent sur le noyau, elles sont soumises à de très fortes températures et pressions. Ces conditions donnent lieu à de nombreuses réactions nucléaires et à la production de neutrons en grandes quantités. Les noyaux lourds sont alors confrontés à un fort flux de ces particules. Ils sont obligés d'en absorber beaucoup avant d'être capables de se transmuter, d'où l'apparition d'éléments encore plus lourds que les précédents, par exemple l'uranium et le plutonium.