La nucléosynthèse stellaire : formation des éléments chimiques dans les étoiles

En 30 secondes

• Les étoiles fusionnent l'hydrogène en hélium par la chaîne proton-proton ou le cycle CNO, puis, pour les étoiles massives en fin de vie, des éléments plus lourds jusqu'au fer, notamment par la réaction triple-alpha.
• La fusion nucléaire s'arrête au fer, car il a l'énergie de liaison par nucléon la plus élevée parmi les noyaux que les étoiles peuvent fusionner : au-delà, elle consommerait de l'énergie.
• Les éléments plus lourds que le fer, comme l'or, se forment par capture de neutrons : processus s lent, processus r rapide, confirmé par l'observation de GW170817 en 2017. Ils sont ensuite dispersés par les supernovae dans le milieu interstellaire, à l'origine de nouvelles étoiles et planètes.

Ce que tu sauras faire

• Expliquer comment la fusion nucléaire de l'hydrogène en hélium, par la chaîne proton-proton ou le cycle CNO, produit l'énergie des étoiles de la séquence principale.
• Décrire comment une géante rouge fusionne l'hélium en carbone par la réaction triple-alpha, puis des éléments plus lourds jusqu'au fer.
• Expliquer pourquoi la fusion nucléaire s'arrête au fer, à partir de l'énergie de liaison par nucléon.
• Relier la capture de neutrons (processus s, processus r) et l'explosion d'une supernova à la formation des éléments plus lourds que le fer et à leur dispersion dans le milieu interstellaire.

Les mots à connaître

Nucléosynthèse stellaire

l'ensemble des réactions de fusion nucléaire qui, au cœur des étoiles, transforment des noyaux atomiques légers en noyaux plus lourds, formant progressivement les éléments chimiques de l'univers.

Fusion nucléaire

la réunion de deux noyaux atomiques légers en un seul noyau plus lourd. Elle libère de l'énergie tant que le noyau obtenu est plus fortement lié que les noyaux de départ.

Séquence principale

la phase la plus longue de la vie d'une étoile, pendant laquelle elle fusionne de façon stable l'hydrogène de son cœur en hélium. Le Soleil est actuellement dans cette phase.

Le piège classique

Croire que la fusion nucléaire peut produire n'importe quel élément chimique dans n'importe quelle étoile : seules les étoiles massives fusionnent des éléments au-delà de l'hélium, et seulement jusqu'au fer.

L'astuce

Retiens l'ordre des fusions dans une étoile massive : hydrogène, hélium, carbone, néon, oxygène, silicium, puis fer — jamais au-delà par fusion simple.