Le Sahara vient des étoiles bleues

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Qu’est-ce que l’Univers ? Comment est-il organisé ?
Sous l’angle permanent de l’émerveillement, cet ouvrage synthétise l’ensemble des connaissances astrophysiques dont on dispose aujourd’hui sur l’Univers et les éclaire d’images qui séduiront les lecteurs curieux comme les spécialistes.
Embarquement immédiat pour un voyage sans limite vers les confins de l’espace, traversant constellations, galaxies, cosmos et multivers.
 
Docteur en astrophysique, Jean-François Becquaert est spécialiste de missions spatiales et conférencier en planétarium. 
Publié le : mercredi 3 juin 2015
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EAN13 : 9782213688114
Nombre de pages : 280
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À mon père André (1945-2003),
et à mon fils Alcor (né en 2003)

Prologue

La Voie lactée1 figure pour les Polynésiens un vaste bras de mer peuplé de poissons-étoiles.

Les Amérindiens évoquent un chemin sidéral que les morts empruntent pour se rendre dans l’au-delà.

Dans l’Égypte antique, elle serpente dans le ciel en fleuve de lumière, reflet céleste du Nil.

 

L’astrophysique2, la science qui étudie les objets du cosmos – planètes, étoiles et galaxies –, et la cosmologie, la branche de l’astrophysique qui sonde l’Univers dans son ensemble, sa structure, son passé et son avenir, forment à l’instar des légendes ancestrales une source contemporaine d’émerveillement.

Une magie émane de la formation des éléments naturels dans les étoiles, et on constatera dans ces pages que le silicium du Sahara s’origine réellement de millions d’étoiles bleues aujourd’hui disparues.

 

Les étoiles tourbillonnent en îles majestueuses, les galaxies.

Sur un rivage de l’îlot Voie lactée scintille le Soleil.

Des chapelets d’îles brasillent devant nous, appelés amas. Au loin, de grands archipels parsèment la mer étale, les superamas. Ceux-ci se relient parfois pour composer des complexes de galaxies les plus vastes connus, appelés grands murs ou filaments.

Front à la Voie lactée étincelle un grand mur de 600 000 galaxies.

Et l’on découvrit en 2013 le grand mur de Hercule-Couronne boréale aux millions de galaxies arquées sur 10 milliards d’années-lumière, immensité qui devrait fasciner chacun de nous si tant est que nous puissions concevoir ce que cela a de titanesque.

 

Depuis trois décennies, des théoriciens tentent d’unifier la description du subatomique et du cosmos.

Un concept nouveau en résulte, celui de multivers redéfinissant l’Univers3 et avec lui l’éternité, l’infini et finalement : nous-mêmes.

Il était attendu en effet que le grand océan Univers s’étende bien au-delà de l’horizon de la mer du cosmos. Mais ce qui n’était pas attendu, c’est à quel point les infinis s’enjoignent et se poursuivent jusqu’à se demander s’il existe véritablement le moindre littoral.

L’astrophysique abonde de merveilles et il s’agit de collecter les coquillages miroitants sur les grèves du ciel.

 

Sans doute ne sommes-nous pas tous également pourvus de l’aptitude à l’émerveillement, que certains préservent depuis l’enfance, d’autres perdent en chemin ou d’autres encore recouvrent, qui réparant un avion en panne dans un désert, qui méditant sur un haïku.

Cela commence par le ciel et, peut-être, cela terminera par lui.

1. La couverture de l’ouvrage offre d’elle une photographie contemplative réalisée en Namibie par Florian Breuer de l’université de Stellenbosch, Afrique du Sud, ici remercié.

2. Un glossaire se situe en fin de volume : une fonte en gras souligne une première occurrence du terme dans l’ouvrage.

3. Étymologiquement du latin universus signifiant : qui tourne de manière à former un ensemble, en référence à la sphère céleste en rotation décrite dans Le Timée (Platon) – supposément la forme animée la plus parfaite.

Le grenier inexploré

« Sur la pointe d’une herbe devant l’infini du ciel une fourmi. »

Ozaki Hôsai (1885-1926)

Étendus sur le sable d’un ancien rivage, des hommes contemplent les lucioles qui scintillent dans la voûte. Puisque le jour est instable, que l’ombre de la baguette des cadrans solaires varie trop d’étés en hivers, c’est la nuit, dans la Grèce antique, que l’on prend date, que les paysans mesurent les étoiles pour les semailles, que les guerriers projettent leurs campagnes et que les marins arrêtent leur départ1.

Depuis la Grèce, la voûte nocturne se pave de 48 dessins mythologiques d’étoiles brillantes : les constellations2. La sphère céleste dans son ensemble totalise 88 constellations depuis l’assemblée de Leyde en 1928 lorsque l’Union astronomique internationale décida de les uniformiser en se basant sur les constellations boréales grecques listées par Ptolémée3au iie siècle, auxquelles furent ajoutées les constellations de la voûte sud issues des expéditions océaniques australes du xviie siècle.

Les constellations constituent d’instance une cartographie céleste, un découpage de la voûte permettant de repérer un objet astronomique. La désignation galaxie d’Andromède, par exemple, sans même connaître cette galaxie, conduit à la chercher dans la superficie délimitée dans le ciel par la constellation d’Andromède.

Le repérage des étoiles composant les constellations suit l’ordre de l’alphabet grec : alpha, bêta, gamma, etc. Théoriquement, cet ordre part de l’étoile de plus grande luminosité apparente et décroît : ainsi, alpha du Centaure correspond à l’étoile la plus lumineuse – vue de la Terre – de la constellation du Centaure. Toutefois, dans nombre de cas, l’éclat de l’étoile a varié depuis deux millénaires ou bien les astronomes antiques s’étaient trompés.

Si l’on se concentre sur la Grèce, toutes les constellations ou presque représentent des catastérismes (de catastériser : placer au ciel un être, ou un objet sous la forme d’un groupement d’étoiles, un astérisme). La catastérisation s’apparente à une métamorphose stellaire permettant aux dieux d’exemplariser tel héros, animal ou végétal. Les étoiles se fixent dans le ciel après l’image de sorte que le rôle didactique est clair : ces mémoriaux rappelaient aux hommes l’immensité de la puissance divine.

 

Nul ne connaît plus l’origine des constellations : des tablettes d’argile mésopotamiennes datées à 1370 avant notre ère, le Mul Apin, constituent leur plus ancienne représentation connue. Dans une veine archéologique on mentionnera le Zodiaque égyptien de Dendérah, bas-relief construit sur le plafond de la chapelle d’Osiris du temple de Hathor. Le temple lui-même remonte à Pépi Ier (2289 à 2255 av. J.-C.), mais le Zodiaque, exposé au musée du Louvre, daterait de 50 avant notre ère si on se fonde sur l’évidence de conjonctions et d’oppositions des planètes qui y sont représentées. Trente-quatre constellations, outre les zodiacales, y sont identifiées avec certitude dont Orion, le Dragon et les deux Ourses.

 

Peut-être les Minoens inventèrent-ils les constellations en 2500 avant notre ère, du moins les plus classiques, celles qu’Homère cite dans l’Iliade : la Grande Ourse, le Bouvier, Orion, les Pléiades et les Hyades (ces deux dernières n’existant plus sous la dénomination de constellation aujourd’hui).

La vérité sera en définitive plus immémoriale : l’apparente immuabilité des étoiles conduisit les hommes à organiser le ciel.

Car si les transhumances de nos ancêtres s’agrémentaient du repérage de pics montagneux, de plaines boisées et de vallées sinueuses, la traversée des déserts et des mers requérait sans nul doute l’utilisation de configurations célestes ou d’étoiles de guidage.

Nomades, navigateurs et commerçants partagèrent la connaissance de ces schémas géométriques. Il est permis de dire que ceux-ci constituèrent le premier alphabet céleste.

Les cartes astronomiques ainsi balisées permirent de suivre la route des comètes, détecter de nouvelles étoiles, guetter le lever héliaque – juste avant le Soleil – des plus utiles, tout particulièrement l’éblouissante Sirius de la constellation du Grand Chien, annonciatrice des crues du Nil si indispensables aux agriculteurs égyptiens, pour, enfin, tracer le chemin impénétrable des planètes.

 

Énigmatiques pour les anciens, les planètes se nommaient étoiles mobiles (planeta signifie errant, en grec). Leur course agitée contre les étoiles fixes laissait à croire que chacune d’elles renfermait une divinité.

Ératosthène4 évoque avec déférence les cinq planètes connues de l’époque : Phénon (Jupiter), la grande ; Phaéton (Saturne), l’irradiante ; Pyroïs (Mars), l’étoile de feu « dont la couleur ressemble à celle qu’on trouve dans l’Aigle5 » ; Phosphoros (Vénus), la porte-lumière, « la plus grande de toutes les étoiles » ; et Stilbôn (Mercure), la scintillante.

Lorsque l’on dépointe sa vision dans le ciel nocturne, on se rend compte que la voûte tourne autour d’un point fixe, l’étoile Polaire, seule étoile apparemment immobile dans le ciel.

L’étoile Polaire d’aujourd’hui – Polaris de la Petite Ourse – correspondait, à l’apogée de la civilisation égyptienne antique 2 700 ans avant notre ère, à l’étoile Thuban de la constellation du Dragon : le ciel dans son ensemble a effectué un mouvement conique autour de l’axe de rotation terrestre appelé « précession des équinoxes » dont le cycle complet fait 25 800 ans.

Aux latitudes nord, celles de la Grèce, les constellations proches de l’étoile Polaire se nomment circumpolaires boréales ; elles s’offrent en visibilité toute l’année.

Les Égyptiens appelaient les étoiles de ces constellations : impérissables. À la mort du pharaon, l’âme de celui-ci voyageait dans les impérissables afin d’ordonner la nuit et de présider aux heures. Toutefois, l’âme devait auparavant effectuer une pérégrination céleste pour rejoindre la constellation d’Orion, symbolisant Osiris, la vie, la mort et la résurrection. Là, au côté d’Osiris, le pharaon réglait le cycle des saisons. Outre que les pyramides se façonnaient à l’aune d’étoiles prédéterminées pour permettre à l’âme du pharaon de croiser jusqu’au firmament, le Nil lui-même reflète symboliquement la Voie lactée. Il est permis de penser que, pour les anciens Égyptiens, l’Égypte tout entière représente une image du ciel, matérialisation projective des puissances qui y résident6.

Devant la richesse des légendes des constellations7, le simple nom de certaines étoiles parfois, nous sommes comme l’enfant découvrant, un après-midi d’été, le grenier inexploré de son grand-père.

 

L’archéologie disparue de certaines constellations s’exhume d’elle-même : les noms de leurs étoiles trahissent ici ou là une référence qui n’existe plus. Telle l’étoile Arrakis8 de la constellation du Dragon venant d’Al Rakis – le danseur, en arabe – révélant une scène de désert aujourd’hui oubliée, du danseur, du joueur de flûte et de la chamelle.

Les mythologies des constellations engendrent le sourire, l’étonnement ou l’admiration : celle d’Orion, flamboyante, possède un pouvoir de fascination dont on peine à se détacher9.

 

Il serait erroné de penser que nos ancêtres décoraient fortuitement le ciel de repères géométriques : plus certainement révéraient-ils en lui la cause première du monde, le royaume, le « centre » dont cités terrestres, forêts et mers ne figurent que le reflet matériel imparfait.

Ce lien se justifie dans l’astrophysique moderne : il n’existe en effet aucune montagne, aucune fleur, aucun homme sur la Terre qui ne soit issu des étoiles10.

Mais l’analogie entre la mythologie et la science contemporaine ne réside pas là. Cette dernière, armée de la rationalité, s’attache à pénétrer les mécanismes à l’œuvre dans les objets célestes. À l’instar des légendes archaïques, elle enrichit l’imaginaire collectif en lui fournissant tant et plus d’icônes : trous noirs, supernovæ, Big-Bang ou espace-temps.

Or l’outil scientifique a ce faisant dévitalisé le réel11 ; éminemment abstrait, il a découragé le non-initié d’une source d’émerveillement essentielle. Dès lors la passion de l’astrophysicien devra-t-elle pourvoir à reconnecter l’homme et son ciel.

Car le principe ancien demeure : il s’agit de domestiquer l’infini d’un ciel qui résume à lui seul le mystère de l’existence.

1. Platon, La République. Cité dans Ératosthène : Le Ciel. Mythes et histoire des constellations, Paul Charvet et al.

2. Étymologiquement de cum et stella : avec les étoiles.

3. Claude Ptolémée, astronome grec (v. 90-v. 168), auteur de l’Almageste, traité astronomique qui demeura référentiel pendant treize siècles.

4. Astronome, philosophe, géographe et mathématicien grec (v. 276-v. 194 av. J.-C.).

5. Ératosthène parle de l’étoile Altaïr. Mais c’est Antarès (anti-Arès : opposée de Mars), une étoile géante rouge de la constellation du Scorpion, qu’on associe en général à la planète Mars.

6. L’homologie Ciel-Terre domine nombre de civilisations antiques et en premier lieu la civilisation mésopotamienne. Cf. Mircea Eliade (1907-1986), Cosmologie et alchimie babyloniennes, p. 51.

7. Cf. les mythologies des constellations boréales, de printemps, été, automne, hiver et zodiacales en annexe 1.

8. Les amateurs de l’épopée de Dune de Frank Herbert apprécieront.

9. Cf. annexe 1.5 : mythologies des constellations d’hiver, p. 216.

10. Infra : la féerie des éléments naturels.

11. Mircea Eliade : « Une conception stérile du Cosmos – avec tous ses dérivés mécanistes et positivistes – fut instaurée dans la conscience européenne par la Renaissance. Dès l’instant où une primauté absolue fut accordée dans la connaissance occidentale aux lois de la matière morte, de nombreuses expériences devinrent inaccessibles et tout un système de symboles se fit opaque » (Cosmologie et alchimie babylonienne, p. 85).

La lumière du Soleil a vingt mille ans

« Ne pleurez pas, insectes.

Les étoiles elles aussi sont transitoires. »

Kobayashi Issa (1763-1828)

Comme chaque soir le ciel allume un à un ses réverbères. Depuis déserts ou montagnes scintillent 1 800 étoiles visibles à l’œil nu. Rien dans ces lointaines chandelles ne laisse supposer la machinerie formidable qui les sous-tend.

Les étoiles figurent les grandes forges de la nucléosynthèse.

 

Le mot nucléosynthèse signifie création de noyaux atomiques.

Tout atome consiste en un noyau de protons et de neutrons entouré d’électrons. On regroupe sous le terme élément chimique les atomes de même numéro atomique, c’est-à-dire ayant le même nombre de protons dans leur noyau. L’hydrogène, le carbone, l’oxygène sont des éléments chimiques. On appelle isotope d’un élément chimique un noyau de même nombre de protons, mais dont le nombre de neutrons diffère. Par exemple le deutérium est un isotope de l’hydrogène et le carbone-14 celui, bien connu, du carbone. Dmitri Mendeleïev classifia les éléments chimiques en 1869 dans ce qu’on appelle table de Mendeleïev ou tableau périodique des éléments. La table actuelle comporte 118 éléments dont 92 naturels.

 

Il existe trois voies naturelles de formation de noyaux d’éléments :

– la nucléosynthèse primordiale ;

– la nucléosynthèse interstellaire ;

– la nucléosynthèse stellaire.

 

La nucléosynthèse primordiale s’inscrivit dans les premières minutes d’un cosmos ancestral excessivement chaud. En 1942, George Gamow attribua à ce type de nucléosynthèse la paternité de la totalité des éléments naturels. Mais il apparut que le cosmos primitif avait refroidi trop vite pour être en mesure de synthétiser des éléments au-delà du carbone, le 6e de la table. À l’issue de 15 minutes, la nucléosynthèse primordiale est en effet éteinte : seuls subsistent l’hydrogène (75 %) et l’hélium (25 %) – suivis de traces infimes (0,0001 %) de deutérium, de lithium, de béryllium et de bore.

 

La nucléosynthèse interstellaire ou spallation casse – à l’inverse – des noyaux lourds déjà existants en noyaux plus légers par l’entremise de rayons cosmiques. Les rayons cosmiques sont des particules ou des noyaux libres hautement énergétiques capables de briser des atomes de carbone, d’azote et d’oxygène dérivant dans l’espace interstellaire en atomes plus petits : hélium, lithium, béryllium, bore. Ce processus représente une nucléosynthèse rétrograde vers les éléments légers.

 

La nucléosynthèse stellaire désigne l’ensemble des réactions de fusion nucléaire qui s’opèrent dans les étoiles et desquelles résulte la production de l’immense majorité des noyaux atomiques plus lourds que l’hélium.

La nucléosynthèse stellaire se scinde en deux procédés : la nucléosynthèse stellaire calme et la nucléosynthèse stellaire explosive. La nucléosynthèse stellaire calme consiste pour l’étoile à fusionner graduellement les éléments naturels en partant du premier, l’hydrogène, pour s’arrêter un peu avant le fer (26élément). Ensuite, la nucléosynthèse stellaire explosive, via la déflagration thermique des étoiles les plus massives, produit les éléments du « pic du fer » (chrome, manganèse, fer, cobalt, nickel). Après quoi la nucléosynthèse stellaire calme réapparaît pour synthétiser par capture lente de neutrons des éléments plus lourds que le nickel (28élément). La nucléosynthèse stellaire explosive revient parachever la formation des éléments les plus lourds incluant l’uranium (92élément, le dernier naturel) par capture rapide de neutrons (terminologie et mécanismes seront introduits et commentés au fur et à mesure du chapitre).

Ôtons tout doute : seules les étoiles dans l’ensemble du cosmos concentrent la capacité de synthétiser les éléments de la table de Mendeleïev à partir du carbone (6élément). De sorte que le moindre atome de carbone, d’oxygène, de fer ou encore d’uranium provient nécessairement d’une étoile. Une étoile représente fondamentalement un four alchimique : tout élément postérieur au carbone consiste en de l’hydrogène transmuté dans un athanor stellaire.

 

Au xixe siècle, en l’absence de méthodes spectroscopiques permettant d’analyser la lumière des étoiles et d’en révéler la composition chimique, on imaginait qu’elles se constituaient de charbon.

Quel serait le temps de combustion d’un soleil de charbon ?

La troisième loi de Kepler datant de 1618 relie la période de révolution de la Terre à celle du Soleil via leurs masses respectives. D’où peut se déduire la masse du Soleil, Ms = 2 x 1030 kilogrammes.

En inférant la température du Soleil depuis le rayonnement reçu sur la Terre, une estimation de la durée de vie d’un Soleil carbonique conduite par Julius von Mayer en 1846 aboutit à un résultat inexplicable : 5 000 ans. Le chiffre est en effet contradictoire avec l’âge d’une Terre plus âgée que 5 000 ans, chose connue de l’époque : Buffon, en 1790, avançait un âge de 75 000 ans que lord Kelvin dans les années 1850 porta entre 24 et 400 millions d’années. Nous savons aujourd’hui que la Terre naquit il y a 4,56 milliards d’années.

 

La compréhension que les étoiles consistent en astres thermonucléaires presque éternels – à l’échelle humaine – date de 1919 : Jean Perrin et Arthur Eddington furent les premiers à suggérer que les étoiles utilisaient la fusion nucléaire de l’hydrogène en hélium pour produire leur énergie. Dans leur suite, Fritz Houtermans et Robert Atkinson produiront le premier calcul d’une réaction thermonucléaire stellaire (1929) amenant l’image rassurante d’un Soleil voguant sereinement sur la mer étale de sa fusion de l’hydrogène, lui certifiant une longévité en milliards d’années.

Une étoile s’avère plus extraordinaire qu’il n’y paraît. Connaissant le rayon du Soleil – 700 000 kilomètres –, on peut calculer son volume et, avec la masse du Soleil, on peut calculer sa densité moyenne : 1 litre de Soleil égale 1,4 kilogramme – une densité légèrement supérieure à l’eau.

Ce qui confère un éclairage astrophysique à la formule du poète René Char : les étoiles sont des gouttes de clarté.

Pourtant il ne s’agit pas d’eau lumineuse – ce qui aurait un charme réel – mais bien de gaz. L’espacement entre les atomes le rapproche d’un plasma, un gaz si chaud qu’il s’ionise, c’est-à-dire qu’il perd des électrons.

 

Les étoiles se définissent comme des sphères plus ou moins aplaties – leur rotation rapide les fait parfois apparaître nettement oblongues – d’hydrogène et d’hélium dont la masse considérable les fait s’effondrer sur elles-mêmes en permanence, les obligeant à alimenter une fournaise thermonucléaire de plus en plus chaude dans un équilibre incessant entre la gravité (compressive) et la pression thermique du gaz (expansive).

Il s’agit d’un des équilibres les plus éblouissants de la nature : « Chaque point du Soleil, partagé entre l’envol et la chute, reste comme suspendu. Si une réaction nucléaire vient à s’emballer au cœur du Soleil, le cœur se dilate, la température décroît et la réaction se modère. Si, au contraire, une réaction vient à faiblir, le cœur se contracte, la température s’élève et la réaction repart de plus belle. »

La température interne de l’étoile augmentant, les éléments naturels trouvent en elle les conditions de leur synthèse. Enfin, l’étoile à sa mort les exhale dans le milieu interstellaire. Des générations d’étoiles viennent ainsi à enrichir le cosmos d’éléments lourds. Un jour, un nouveau système solaire en hérite : ses planètes – sa vie – proviennent en droite ligne des étoiles défuntes.

Simultanément à la fusion des éléments, l’étoile rayonne de la lumière, c’est-à-dire des photons, dont on sait désormais qu’entre la création dans son centre et l’émission il s’écoulera en moyenne 20 000 ans – l’immense densité d’électrons à l’intérieur de l’étoile déviant sans cesse le photon sur son trajet.

Ainsi la lumière que nous recevons du Soleil ne provient pas de sa surface. Elle n’est pas née il y a 8 minutes – le temps que les photons du Soleil traversent à la vitesse de la lumière les 150 millions de kilomètres séparant la Terre du Soleil – comme on pourrait le penser, mais en réalité il y a 20 000 ans en moyenne.

Le Soleil que nous contemplons aujourd’hui remonte au paléolithique supérieur.

la féerie des éléments naturels

Ambitionnant d’exposer l’envoûtement opéré par la nucléosynthèse stellaire, nous énoncerons les réactions nucléaires qui s’accomplissent au cœur des étoiles. Ce qui d’ailleurs revêt une forme de justice tant elles furent ardues à découvrir.

Après 1919 et la compréhension du rôle de la fusion de l’hydrogène, il fallut attendre 1957 et la parution de l’article Burbidge, Burbidge, Fowler & Hoyle pour disposer véritablement d’une théorie de la nucléosynthèse stellaire – soit un demi-siècle plus tard que la théorie de la relativité et son concept d’espace-temps (1905).

Il existe deux modes de combustion de l’hydrogène en hélium.

Pour une étoile de masse inférieure à 1,2 fois la masse du Soleil, une température de cœur de 10 millions de degrés enclenche la fusion de l’hydrogène en hélium : la chaîne proton-proton. Elle alimente l’immense majorité (90 %) des étoiles dans le ciel – et en premier lieu notre Soleil. La chaîne p-p se divise en quatre réactions qui, en dernier ressort, se synthétisent de la manière suivante : quatre noyaux d’hydrogène (soit quatre protons) fusionnent en un atome d’hélium-4 plus deux positrons et deux neutrinos.

Pour les étoiles plus massives que 1,2 masse solaire (minoritaires, nous le verrons) se lance un autre mode de combustion de l’hydrogène dit cycle CNO (carbone-azote-oxygène). L’hydrogène et le carbone-12 fusionnent tout au long de 6 réactions produisant successivement des isotopes tels que l’azote-13, le carbone-13, l’azote-14, l’oxygène-15, l’azote-15 pour boucler sur de l’hélium-4 et à nouveau du carbone-12, susceptible d’entamer avec l’hydrogène principal un nouveau cycle.

En utilisant la chaîne p-p, le cœur de notre étoile, le Soleil, atteint 15 millions de degrés. Là, l’hydrogène, à raison de 627 millions de tonnes par seconde, fusionne pour donner une masse résiduelle de 623 millions de tonnes d’hélium. Le Soleil perd 4 millions de tonnes de sa masse chaque seconde. Cela semble considérable, mais cette perte s’avère en réalité insignifiante pour un astre 300 000 fois plus massif que notre planète. Le Soleil brille depuis 4,6 milliards d’années et continuera paisiblement 5,4 autres milliards d’années.

La perte de masse correspond au rayonnement de l’étoile.

La réaction de fusion de l’hydrogène sera la plus efficace, la plus énergétique et la plus durable à avoir lieu dans une étoile. D’une part, parce qu’une étoile se compose essentiellement d’hydrogène, d’autre part, parce que – première magie – l’interaction nucléaire faible (« force électrofaible ») se montre lente par laquelle des protons se transmutent en neutrons.

La longévité des petites étoiles réside pour l’essentiel dans la lenteur de la force électrofaible.

Si bien que, l’hydrogène de l’étoile s’épuisant, la chaîne proton-proton ne parvient plus à soutenir le fardeau de la gravité : le cœur s’agenouille devant la masse, il se contracte, augmentant en même temps sa température et par elle la pression du gaz : l’étoile trouve un nouvel équilibre.

Lorsque la température dans l’étoile atteint 100 millions de degrés commence la fusion de l’hélium-4 : réaction triple alpha. Pour l’étoile, cela correspond au démarrage de la structure en couches, c’est-à-dire que le cœur d’hélium s’entoure d’hydrogène et que l’hélium lui-même commence à fusionner (figure 1). D’abord, deux atomes d’hélium-4 fusionnent en un atome de béryllium (plus un photon à très haute énergie appelé photon gamma). Ensuite, un atome de béryllium et un atome d’hélium-4 fusionnent en un atome de carbone (plus un photon gamma).

 

D’apparence simple, cet enchaînement emmène l’étoile dans une voie apparemment impossible.

Car le béryllium disparaît en un clin d’œil : sa demi-vie se réduit au milliardième de milliardième de seconde (7.10-17 seconde). Ce laps de temps n’est pas assez long pour permettre à une réaction béryllium + hélium-4 de se réaliser, rendant la nucléosynthèse du carbone incompréhensible. Sans carbone, il n’y a pas d’ADN, pas de vie végétale ou animale telle que nous la connaissons.

Dès lors, pourquoi y a-t-il des arbres ?

En 1954, l’astrophysicien Frederick Hoyle prophétisa l’existence d’un niveau d’énergie inconnu du carbone permettant d’augmenter la section efficace de la réaction hélium-4 et béryllium. De sorte que l’évanescence du béryllium se compense par ce tour de passe-passe de la nature qu’il est permis de considérer comme incroyable : y a-t-il eu intervention naturelle en faveur de la vie basée sur le carbone ? L’« adaptation » énergétique du carbone génère aujourd’hui encore des débats autour du principe anthropique fort.

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