Comment naît le calcium dans les explosions stellaires express
Dans les entrailles d'une étoile mourante, avant l'explosion de la supernova, des réactions nucléaires déterminent quels éléments chimiques seront dispersés dans l'espace. L'une de ces réactions est la collision d'un noyau d'oxygène avec un proton, qui produit un noyau d'azote et une particule alpha (noyau d'hélium). La vitesse de cette réaction détermine la quantité de calcium et de soufre produite, des éléments qui permettent aux astronomes de déduire la composition de l'étoile progénitrice.
Pendant longtemps, les données de différentes expériences se sont contredites : certaines mesures donnaient une vitesse sept fois supérieure à la valeur standard, d'autres inférieure. Pour y voir plus clair, les physiciens ont utilisé le détecteur MUSIC, qui capture les particules directement dans une chambre à gaz, comme un microphone capte le son. La nouvelle mesure, réalisée à des énergies typiques de l'explosion, montre que la vitesse de la réaction est une fois et demie plus élevée que celle du répertoire REACLIB, mais pas sept fois. La dispersion des anciennes données a pu être considérablement réduite.
Mais même avec la nouvelle vitesse de réaction, on ne parvient pas à expliquer pourquoi les restes de supernovae d'âges différents présentent des rapports calcium/soufre différents. Le mystère réside donc dans d'autres réactions de la combustion de l'oxygène, par exemple la fusion de deux noyaux d'oxygène ou d'oxygène et de carbone. C'est leur précision qu'il faudra améliorer lors de futures expériences pour comprendre comment les étoiles forgent les éléments.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2603.06307
The $$^{16}$$O$$(p,\alpha)^{13}$$N reaction plays a key role in shaping the $$\alpha$$-particle abundance during explosive oxygen burning in Type Ia supernovae. By enhancing $$\alpha$$-production, this reaction directly affects the calcium-to-sulphur (Ca/S) and argon-to-sulphur (Ar/S) ratios, which serves as a tracer of progenitor metallicity. However, recent work suggests that the rate must be enhanced by a factor of up to seven over the standard value to explain observed Ca/S ratios across a range of progenitor metallicities. To explore this impact, available experimental cross-section data for the $$^{16}$$O$$(p,\alpha)^{13}$$N reaction have been compiled and critically evaluated. Significant discrepancies are identified in the low-energy region ($$E_{\mathrm{cm}}$$ = 5.7--7.0 MeV), primarily due to limitations of the activation method. To resolve this, the first direct measurement at astrophysical energies has been performed using the MUSIC active-target detector. The new $$^{16}$$O$$(p,\alpha)^{13}$$N thermonuclear reaction rate is found to be approximately 1.5 times higher than the REACLIB rate in the temperature range T = 3--4 GK, with more constrained uncertainties that resolve the previously large spread among existing data. The suggested factor of seven enhancement is excluded and these results indicate that this reaction alone cannot fully explain the variation in the Ca/S and Ar/S ratios observed across different progenitor metallicities. Therefore, future work should focus on reducing the uncertainties in other key oxygen-burning reactions, particularly $$^{16}$$O+$$^{16}$$O and $$^{12}$$C+$$^{16}$$O. Further reducing the constraints on the $$^{16}$$O$$(p,\alpha)^{13}$$N rate is also needed to fully determine to whether a nuclear physics solution to this discrepancy is possible.
Le détecteur MUSIC fonctionne comme une chambre à gaz dans laquelle les particules laissent des traces, et les physiciens peuvent littéralement « entendre » chaque collision de noyaux.
Dans le roman « Solaris » de Stanislas Lem, l'océan de la planète modifie son orbite en manipulant la gravité, un peu comme les réactions nucléaires dans les supernovae contrôlent la composition chimique de galaxies entières.