Le 13 octobre 1872, la plus grosse pépite d’or jamais découverte au monde, pesant environ 300 kg, a été mise au jour en Australie. Sa valeur actuelle : environ 10 millions d’euros. Des chercheurs américains soupçonnent l’existence d’un gisement d’or potentiellement beaucoup plus important dans l’univers.
Son lieu d’origine, encore inconnu, serait l’énorme éruption d’un magnétar, une étoile à neutrons dotée de champs magnétiques extrêmement intenses. Mais l’or n’est pas le seul élément qui pourrait être produit en quantités énormes.
L’or issu de l’alchimie cosmique
La science sait que la formation de grosses pépites d’or nécessite beaucoup d’énergie. L’explosion d’étoiles massives – comme les magnétars – libère d’énormes quantités d’énergie dans l’univers. Selon les astronomes dirigés par Brian Metzger de l’université Columbia à New York, ces éruptions seraient responsables de jusqu’à 10 % de la formation de l’or, du platine et d’autres éléments lourds dans notre galaxie.
Cette découverte pourrait également résoudre une énigme vieille de plusieurs décennies concernant un flash lumineux et un nuage de particules enregistrés pour la première fois par un télescope spatial en décembre 2004. La lumière émise par le magnétar SGR 1806-20 n’a été visible que pendant quelques secondes, mais elle a libéré plus d’énergie que notre Soleil en un million d’années.
Alors que l’origine de l’éruption a été rapidement identifiée, un deuxième signal plus faible provenant de l’étoile, qui a atteint son apogée 10 minutes plus tard, a semé la confusion parmi les scientifiques à ce moment-là.
Environ 20 ans plus tard, M. Metzger et ses collègues pensent avoir identifié la naissance rare d’éléments lourds. Selon les estimations, une explosion produirait autant d’or, de platine et autres métaux précieux qu’un tiers de la masse terrestre.
« C’est seulement la deuxième fois que nous avons une preuve directe de l’endroit où ces éléments sont créés. La première fois, c’était lors de la fusion de neutrons », a expliqué Brian Metzger. « C’est un grand pas en avant dans notre compréhension de la formation des éléments lourds. »
Une soupe primitive difficile à comprendre
La plupart des éléments que nous connaissons et dont nous avons besoin aujourd’hui n’ont pas toujours existé. L’hydrogène, l’hélium et un peu de lithium ont été créés lors du Big Bang – presque tout le reste s’est formé au fil du temps grâce à l’activité des étoiles.
Si les scientifiques comprennent parfaitement où et comment les éléments les plus légers sont créés, les lieux de production de nombreux éléments riches en neutrons, en particulier ceux qui sont plus lourds que le fer, sont encore inconnus.
L’uranium et le strontium font partie des éléments dont l’origine est incertaine. Ceux-ci ne peuvent être produits que par une série de réactions nucléaires nécessitant un excès de neutrons libres, ce qui n’existe que dans des environnements extrêmes. Pour les astronomes, seuls les supernovas et les fusions de neutrons sont donc susceptibles d’être leur lieu de naissance.
Une découverte faite en 2017 semble corroborer cette théorie. À cette époque, les astronomes ont pu observer la collision de deux étoiles à neutrons dont les restes effondrés ont donné naissance à une « soupe de neutrons ». Cette soupe était si dense et si lourde qu’une seule cuillère à soupe pèserait plus d’un milliard de tonnes. Elle contient également suffisamment de neutrons pour permettre la formation d’éléments lourds.
« Difficile d’imaginer que certains des éléments les plus lourds, comme les métaux précieux présents dans nos téléphones et nos ordinateurs, se forment dans ces environnements chaotiques et extrêmes », a commenté Anirudh Patel, doctorant à l’université Columbia.
Deux millions de millions de milliards de tonnes d’or et autres métaux précieux
Cependant, les astronomes ont réalisé que les étoiles à neutrons ne pouvaient à elles seules fournir tous les ingrédients nécessaires à cette soupe. Il devait donc exister une autre source pour remplir le chaudron cosmique. Les magnétars sont alors entrés en scène comme source potentielle de ces éléments lourds.
Selon les calculs de M. Metzger et de ses collègues, les éruptions gigantesques des magnétars seraient capables de produire des noyaux radioactifs instables et lourds qui se désintègrent ensuite en éléments stables tels que l’or. Lorsque les éléments radioactifs se désintègrent, ils émettent une lumière vive et créent de nouveaux éléments. C’est précisément ce scénario qui aurait pu se produire en 2004.
Selon les astronomes, ces explosions ont donné naissance à 2 millions de millions de milliards de tonnes d’éléments lourds, ce qui correspond à peu près à la masse de Mars ou à 27 lunes terrestres. Metzger et ses collègues en déduisent qu’entre 1 et 10 % de tous les éléments lourds présents dans notre galaxie actuelle ont été créés lors de ces éruptions gigantesques.
Le reste pourrait provenir de la fusion de neutrons. Ou y a-t-il peut-être encore plus ? « Nous ne pouvons pas exclure qu’il existe encore un troisième ou un quatrième endroit que nous ne connaissons pas encore », a avoué Brian Metzger. « Ce qui est intéressant avec ces éruptions géantes, c’est qu’elles peuvent se produire très tôt dans l’histoire galactique », a ajouté Anirudh Patel.
Et de poursuivre : « Les éruptions de magnétars pourraient être la solution à un problème de longue date, à savoir que les galaxies jeunes contiennent plus d’éléments lourds que celles qui peuvent être créées par les seules collisions de neutrons. »
Une course-poursuite passionnante
Pour savoir précisément quand, combien et quels éléments lourds sont créés, les chercheurs doivent observer d’autres événements de ce type. Les grandes éruptions de magnétars semblent se produire dans la Voie lactée au bout de quelques décennies et environ une fois par an dans l’ensemble de l’univers observable. La difficulté est toutefois de les trouver à temps.
« Dès qu’une éruption se produit, nous devons pointer un télescope [observant le rayonnement] ultraviolet vers la source dans les 10 à 15 minutes », explique M. Metzger. « Cela va être une course-poursuite passionnante. »
L’étude a été publiée le 29 avril 2025 dans la revue spécialisée « The Astrophysical Journal Letters ».
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