Les six éléments les plus courants de la vie sur Terre (dont plus de 97 % de la masse d’un corps humain) sont le carbone, l’hydrogène, l’azote, l’oxygène, le soufre et le phosphore.
Les couleurs des spectres présentent des creux, dont la taille révèle la quantité de ces éléments dans l’atmosphère d’une étoile. Le corps humain, à gauche, utilise le même code de couleurs pour évoquer le rôle important que ces éléments jouent dans différentes parties de notre corps, de l’oxygène dans nos poumons au phosphore dans nos os (bien qu’en réalité, tous les éléments se retrouvent dans tout le corps).
En arrière-plan, une impression d’artiste de la galaxie, avec des points cyan pour montrer les mesures APOGEE de l’abondance de l’oxygène dans différentes étoiles ; des points plus lumineux indiquent une plus grande abondance d’oxygène.
Cliquez sur l’image pour un lien permettant de télécharger une version plus grande.
Crédit image : Dana Berry/SkyWorks Digital Inc.; collaboration SDSS
Dire « nous sommes de la poussière d’étoile » est peut-être un cliché, mais c’est un fait indéniable que la plupart des éléments essentiels à la vie sont fabriqués dans les étoiles.
« Pour la première fois, nous pouvons maintenant étudier la distribution des éléments à travers notre Galaxie », déclare Sten Hasselquist de l’Université d’État du Nouveau-Mexique. « Les éléments que nous mesurons comprennent les atomes qui constituent 97% de la masse du corps humain. »
Les nouveaux résultats proviennent d’un catalogue de plus de 150 000 étoiles ; pour chaque étoile, il comprend la quantité de chacun de près de deux douzaines d’éléments chimiques. Le nouveau catalogue comprend tous les éléments dits « CHNOPS » – carbone, hydrogène, azote, oxygène, phosphore et soufre – connus pour être les éléments constitutifs de toute vie sur Terre. C’est la première fois que des mesures de tous les éléments CHNOPS ont été effectuées pour un si grand nombre d’étoiles.
Comment savons-nous quelle quantité de chaque élément une étoile contient ? Bien sûr, les astronomes ne peuvent pas visiter les étoiles pour prélever à la cuillère un échantillon de ce dont elles sont composées, ils utilisent donc à la place une technique appelée spectroscopie pour effectuer ces mesures. Cette technique divise la lumière – dans ce cas, la lumière d’étoiles lointaines – en arcs-en-ciel détaillés (appelés spectres). Nous pouvons déterminer la quantité de chaque élément qu’une étoile contient en mesurant la profondeur des taches sombres et lumineuses dans les spectres causés par les différents éléments.
Les astronomes du Sloan Digital Sky Survey ont réalisé ces observations à l’aide du spectrographe APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment) sur le télescope Sloan Foundation de 2,5 m de l’observatoire d’Apache Point au Nouveau-Mexique. Cet instrument recueille la lumière dans la partie proche de l’infrarouge du spectre électromagnétique et la disperse, comme un prisme, pour révéler les signatures de différents éléments dans l’atmosphère des étoiles. Une fraction des quelque 200 000 étoiles étudiées par APOGEE recoupe l’échantillon d’étoiles ciblé par la mission Kepler de la NASA, qui a été conçue pour trouver des planètes potentiellement semblables à la Terre. Les travaux présentés aujourd’hui se concentrent sur quatre-vingt-dix étoiles Kepler qui présentent des signes d’hébergement de planètes rocheuses, et qui ont également été étudiées par APOGEE.
Sten Hasselquist
« Pour la première fois, nous pouvons maintenant étudier la distribution des éléments à travers notre Galaxie. Les éléments que nous mesurons comprennent les atomes qui constituent 97 % de la masse du corps humain. »
Si le Sloan Digital Sky Survey est peut-être plus connu pour ses magnifiques images publiques du ciel, depuis 2008, il est entièrement un relevé spectroscopique. Les mesures actuelles de la chimie stellaire utilisent un spectrographe qui détecte la lumière infrarouge – le spectrographe APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment), monté sur le télescope Sloan Foundation de 2,5 mètres à l’Apache Point Observatory, au Nouveau-Mexique.
Jon Holtzman, de l’université d’État du Nouveau-Mexique, explique qu' »en travaillant dans la partie infrarouge du spectre, APOGEE peut voir les étoiles sur une bien plus grande partie de la Voie lactée que s’il essayait d’observer en lumière visible ». La lumière infrarouge traverse la poussière interstellaire, et APOGEE nous aide à observer en détail une large gamme de longueurs d’onde, afin de pouvoir mesurer les motifs créés par des dizaines d’éléments différents. »
Le nouveau catalogue aide déjà les astronomes à acquérir une nouvelle compréhension de l’histoire et de la structure de notre Galaxie, mais il témoigne également d’un lien humain évident avec le ciel. Comme l’a dit le célèbre astronome Carl Sagan, « nous sommes faits d’étoiles ». Beaucoup des atomes qui composent votre corps ont été créés à un moment donné dans un passé lointain à l’intérieur d’étoiles, et ces atomes ont fait de longs voyages depuis ces anciennes étoiles jusqu’à vous.
Alors que les humains sont composés de 65% d’oxygène en masse, l’oxygène représente moins de 1% de la masse de tous les éléments de l’espace. Les étoiles sont principalement composées d’hydrogène, mais de petites quantités d’éléments plus lourds comme l’oxygène peuvent être détectées dans les spectres des étoiles. Avec ces nouveaux résultats, APOGEE a trouvé davantage de ces éléments plus lourds dans la galaxie interne. Les étoiles de la galaxie interne sont également plus vieilles, ce qui signifie que davantage d’éléments de la vie ont été synthétisés plus tôt dans les parties internes de la galaxie que dans les parties externes.
Bien qu’il soit amusant de spéculer sur l’impact que la composition de la galaxie interne pourrait avoir sur l’endroit où la vie apparaît, nous comprenons beaucoup mieux la formation des étoiles dans notre galaxie. Les processus de production de chaque élément se déroulant dans des types d’étoiles spécifiques et à des vitesses différentes, ils laissent des signatures spécifiques dans les modèles d’abondance chimique mesurés par SDSS/APOGEE. Cela signifie que le nouveau catalogue d’abondance élémentaire de SDSS/APOGEE fournit des données à comparer avec les prédictions faites par les modèles de formation des galaxies.
Jon Bird de l’Université Vanderbilt, qui travaille sur la modélisation de la Voie lactée, explique que « ces données seront utiles pour progresser dans la compréhension de l’évolution galactique, car des simulations de plus en plus détaillées de la formation de notre galaxie sont réalisées, ce qui nécessite des données plus complexes pour la comparaison. »
Jennifer Johnson
« nous sommes maintenant en mesure de cartographier l’abondance de tous les éléments majeurs présents dans le corps humain à travers des centaines de milliers d’étoiles de notre Voie lactée. »
« C’est une grande histoire d’intérêt humain que nous soyons maintenant capables de cartographier l’abondance de tous les éléments majeurs trouvés dans le corps humain à travers des centaines de milliers d’étoiles dans notre Voie lactée », a déclaré Jennifer Johnson de l’Université d’État de l’Ohio. « Cela nous permet de placer des contraintes sur le moment et l’endroit de notre galaxie où la vie avait les éléments nécessaires pour évoluer, une sorte de ‘zone habitable galactique temporelle' ».
Le catalogue d’abondances chimiques à partir duquel ces cartes ont été générées a été rendu public dans le cadre de la treizième publication de données du SDSS, et est disponible gratuitement en ligne pour tous à l’adresse www.sdss.org.
Images
Les six éléments les plus courants de la vie sur Terre (dont plus de 97% de la masse d’un corps humain) sont le carbone, l’hydrogène, l’azote, l’oxygène, le soufre et le phosphore.
Les couleurs des spectres présentent des creux, dont la taille révèle la quantité de ces éléments dans l’atmosphère d’une étoile. Le corps humain, à gauche, utilise le même code de couleurs pour évoquer le rôle important que ces éléments jouent dans différentes parties de notre corps, de l’oxygène dans nos poumons au phosphore dans nos os (bien qu’en réalité, tous les éléments se retrouvent dans tout le corps).
En arrière-plan, une impression d’artiste de la galaxie, avec des points cyan pour montrer les mesures APOGEE de l’abondance de l’oxygène dans différentes étoiles ; des points plus lumineux indiquent une plus grande abondance d’oxygène.
Cliquez sur l’image pour un lien permettant de télécharger une version plus grande.
Crédit image : Dana Berry/SkyWorks Digital Inc.; Collaboration SDSS
Contacts
- Jon Holtzman, Université d’État du Nouveau-Mexique, [email protected], 575-646-8181
- Sten Hasselquist, New Mexico State University, [email protected], 575-646-4438
- Jennifer Johnson, The Ohio State University, [email protected], 614-893-2132,
Twitter : @jajohnson51 / @APOGEEsurvey - Jonathan Bird, Université Vanderbilt, [email protected], 615-292-5403,
Twitter : @galaxyhistorian - Karen Masters, porte-parole scientifique du SDSS, Université de Portsmouth (Royaume-Uni),
[email protected], +44 (0)7590 526600,
Twitter : @KarenLMasters / @SDSSurveys - Jordan Raddick, agent d’information publique de SDSS, Université Johns Hopkins, [email protected], 1-443-570-7105,
Twitter : @raddick
A propos du Sloan Digital Sky Survey
Le financement du Sloan Digital Sky Survey IV a été assuré par la Fondation Alfred P. Sloan, le Bureau des sciences du ministère américain de l’Énergie et les institutions participantes. SDSS reconnaît le soutien et les ressources du Center for High-Performance Computing de l’Université de l’Utah. Le site Web de SDSS est www.sdss.org.
SDSS est géré par le Consortium de recherche astrophysique pour les institutions participantes de la collaboration SDSS, notamment le groupe de participation brésilien, la Carnegie Institution for Science, l’Université Carnegie Mellon, le groupe de participation chilien, le groupe de participation français, le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Instituto de Astrofísica de Canarias, The Johns Hopkins University, Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (IPMU) / University of Tokyo, Lawrence Berkeley National Laboratory, Leibniz Institut für Astrophysik Potsdam (AIP), Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA Heidelberg), Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA Garching), Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik (MPE), Observatoires astronomiques nationaux de Chine, New Mexico State University, New York University, University of Notre Dame, Observatório Nacional / MCTI, The Ohio State University, Pennsylvania State University, Observatoire astronomique de Shanghai, Groupe de participation du Royaume-Uni, Universidad Nacional Autónoma de México, Université d’Arizona, Université du Colorado Boulder, Université d’Oxford, Université de Portsmouth, Université d’Utah, Université de Virginie, Université de Washington, Université du Wisconsin, Université Vanderbilt et Université de Yale.