lundi 14 septembre 2015

Pas de fluor sans neutrinos !

Vous avez tous entendu parler du fluor. Cet élément chimique que l'on retrouve en bonne place dans nos dentifrices et qui permet de renforcer nos belles dents et repousser l'apparition de méchantes caries. Mais ce que vous savez peut-être moins, c'est que le fluor est fabriqué par des neutrinos dans la fournaise des cœurs d'étoiles.





L'origine du fluor de l'Univers est longtemps resté un peu mystérieuse. Car dans la chaîne des réactions nucléaires qui ont lieu dans le cœur des étoiles, le fluor n'est pas censé apparaître, ou du moins seulement en très faible quantité. On passe directement de l'élément de numéro atomique 8, l'oxygène, à l’élément de numéro 10, le néon. La physique nucléaire est comme ça. L'oxygène est ainsi le troisième élément chimique le plus abondant dans l'Univers, juste après l'hydrogène et l'hélium. Le néon quant à lui tient la cinquième place. Le fluor est un élément rare, il n'apparaît qu'à plus de la vingtième place dans le classement des abondances cosmiques.
Si le fluor est si rare, c'est qu'il n'est pas formé tout à fait comme les autres éléments. Deux astronomes américains, Catherine Pilachowski de l'Université de l'Indiana, et Cameron Pace de l'université de l'Utah sont partis à la recherche du fluor. Pour cela, ils ont recherché la signature d'un gaz, hautement toxique pour nous sur Terre, le fluorure d'hydrogène (HF). Ils ont scruté un lot de 79 étoiles avec le télescope de 2,1 mètres du Kitt Peak dans l'Arizona, à la recherche d'une raie de forte absorption dans l'infra-rouge signant la présence de HF.
Ils en ont trouvé dans 51 étoiles sur leur 79 cibles, ce qui est à ce jour le plus grand nombre d'étoiles où a pu être mis en évidence du fluor. Ils en trouvent en fait trop dans ces étoiles. Pour expliquer cette quantité, les chercheurs annoncent dans leur article paru dans The Astronomical Journal que seuls des neutrinos émis en très grande quantité au cours de supernovas ont pu en être à l'origine.
Lorsqu'une étoile massive explose en supernova à la fin de sa vie (une supernova de type II), elle libère une quantité colossale de l'ordre de 1058 neutrinos! Et ce flux de neutrinos est suffisamment énergétique pour provoquer des réactions dites de spallation sur des noyaux d'atomes présents dans le cœur de l'étoile en effondrement, en arrachant des protons ou des neutrons. L'arrachage d'un proton à un noyau de néon par un neutrino donne un noyau de fluor. D'autres mécanismes existent aussi qui mènent à la production finale de fluor mais ils sont beaucoup moins efficaces.
Le fait que Pilachowski et Pace obtiennent de tels résultats sur plus de 50 étoiles rend leur conclusion tout à fait robuste.
Parvient-on à estimer correctement la quantité de fluor dans les étoiles ? C'est une question que l'on peut se poser et les astronomes se la posent. Il apparaît que  la méthode de la mesure du fluorure d'hydrogène a quand même son inconvénient. Il se trouve que les molécules de HF se dissocient à haute température, du coup, les spectres observés sur les étoiles chaudes montrent moins de fluor que ceux des étoiles plus froides, même si elles en contiennent autant...
Pour une encore meilleure évaluation de la quantité de fluor par la mesure du HF, les astronomes doivent donc dans le même temps mesurer la température des étoiles observées. Une nouvelle campagne de mesures vient ainsi d'être lancée avec le télescope de 4 m du Kitt Peak cette fois-ci, sur un échantillon de 100 étoiles, pour mesurer simultanément le fluorure d'hydrogène et la température.

Le fluor que nous retrouvons sur Terre, et donc dans nos tubes de dentifrice, provient d'anciennes étoiles dont l'explosion a ensemencé le milieu interstellaire avant que le Soleil ne se forme avec son cortège de poussières protoplanétaires. Les estimations des chercheurs disent qu'environ entre la moitié et les deux tiers du fluor terrestre a été produit par des neutrinos dans le phénomène  de spallation dans les supernovas. 

La prochaine fois que vous vous brosserez les dents, pensez-donc aux neutrinos des supernovas qui permettent, à quelques milliards d'années de distance, de protéger vos dents...


Source : 
The Abundance of Fluorine in Normal G and K Stars of the Galactic Thin Disk
C. Pilachowski, et C. Pace
The Astronomical Journal, Volume 150, Issue 3 (10 august 2015)