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La nucléosynthèse stellaire est le terme qui désigne l'ensemble des réactions de fusion nucléaire qui ont lieu à l'intérieur des étoiles et dont le résultat est la production de divers noyaux atomiques.
[] Une vieille question
Le Soleil est, d'évidence, une source considérable d'énergie ; sur chaque m2, hors de l'atmosphère, il envoie environ 1,36 kW.
Dans toute la sphère centrée sur le Soleil et de rayon la distance Soleil-Terre, il envoie donc 1360×4×?×(150×109)2 soit environ 3,8×1026 watts ! D'où tire-t-il cette énergie ?
La première hypothèse était celle d'une combustion ; mais la masse du Soleil, en supposant qu'il soit constitué de carbone pur, ne lui accorderait que 5 000 ans d'autonomie, ce qui est bien inférieur à ce qu'exige la théorie de l'évolution puisque on date la formation de la Terre à 4,5 milliards d'années.
À la fin du XIXe siècle, Lord Kelvin imagina alors une lente contraction qui échaufferait le Soleil. On monte à 30 000 ans ; c'est encore insuffisant, car à la fin du XIXe les géologues estimaient déjà qu'il fallait plusieurs centaines de millions d'années pour former les roches sédimentaires.
En 1905, la théorie de la relativité apporta une partie de la réponse : grâce à E = ?mc², le Soleil a assez de réserves pour des milliards d'années.
[] Les réponses
Le mécanisme de production d'énergie au sein des étoiles fut élucidé au début du XXe siècle quand on réalisa que c'était l'énergie provenant de réactions nucléaires qui était la source de chaleur et de lumière des étoiles et qui expliquait leur longévité.
En 1920, Arthur Eddington, sur la base de mesures précises effectuées par F. W. Aston, fut le premier à suggérer que les étoiles produisaient/obtenaient leur énergie par la fusion nucléaire de noyaux d'hydrogène en hélium.
En 1928, George Gamow dériva ce qui est maintenant appelé le facteur de Gamow ; une formule de mécanique quantique qui donne la probabilité que deux noyaux s'approchent suffisamment l'un de l'autre pour que la force nucléaire forte puisse surpasser la barrière coulombienne.
Le facteur de Gamow fut ensuite utilisé par Robert Atkinson et Fritz Houtermans puis par Edward Teller et Gamow lui-même pour dériver la vitesse des réactions nucléaires aux température élevées que l'ont supposait exister à l'intérieur des étoiles.
En 1939, dans un article intitulé Energy production in stars (Production d'énergie dans les étoiles), Hans Bethe analysa les différentes réactions possibles par lesquelles de l'hydrogène peut se fusionner en hélium.
Il y sélectionna deux mécanismes dont il pensait qu'ils étaient la source d'énergie des étoiles.
Le premier, la chaîne proton-proton, est la principale source d'énergie dans les étoiles de faible masse comme le Soleil ou plus petites.
Le second, le cycle carbone-azote-oxygène, qui fut aussi considéré par Carl von Weizsäcker en 1938, est plus important dans les étoiles plus massives.
Plus tard, de nombreux détails furent ajoutés à la théorie de Bette, notamment dans un article mémorable publié en 1957 par Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge, William Fowler et Fred Hoyle.
Cet article rassemble et affine les recherches antérieures en un ensemble cohérent permettant de calculer l'abondance relative des éléments en accord avec les observations.
Les principales réactions sont :
- combustion de l'hydrogène :
- combustion de l'hélium :
- combustion d'éléments plus lourds :
- production d'éléments plus lourds que le fer :
[] Références
- H. A. Bethe, Energy Production in Stars, Phys. Rev. 55 (1939) 103 ;
- H. A. Bethe, Energy Production in Stars, Phys. Rev. 55 (1939) 434-456 ;
[] Liens externes
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La source est wikipedia http://fr.wikipedia.org/wiki/Nucléosynthèse stellaire
