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Deux énigmes concernant les abondances du lithium dans l'univers sont célèbres en astrophysique. La plus connue est celle du lithium cosmologique et l'autre pourrait s'appeler l'énigme du lithium solaire. À l'origine, elle n'était qu'un obscur problème mariant astrophysique nucléaire et théorie des atmosphèresatmosphères stellaires.
On avait remarqué, il y a près de 60 ans, que l'atmosphère du Soleil était particulièrement pauvre en lithium par rapport à celles des étoiles de la même famille, les naines jaunesnaines jaunes. Or, si l'on sait qu'au sein des étoiles certaines réactions thermonucléaires sont capables de détruire les noyaux de lithium, plutôt fragiles, la faiblesse des températures de couches supérieures du Soleil ne pouvait en aucun cas expliquer le manque de lithium. Le problème était en fait double : pourquoi le Soleil contient-il si peu de lithium et pourquoi est-il plus pauvre que certains de ses cousins.
La quête des jumeaux solaires
Dans l'univers observable, le lithium, troisième élément de la classification périodique, a été créé lors du Big Bang, en même temps que l'hydrogènehydrogène et l'héliumhélium. On devait donc s'attendre à ce que les étoiles débutent toutes leur vie avec des abondances de lithium par rapport à ces éléments peu différentes les unes des autres. Certes, le lithium peut être détruit dans des étoiles massives et chaudes et on sait que le cycle de formation stellaire accompagné par des explosions de supernovae fait évoluer la composition chimique des galaxiesgalaxies. Mais il restait très difficile de comprendre l'appauvrissement en lithium du Soleil en supposant qu'il se soit formé dans une région de la Voie lactéeVoie lactée en contenant très peu. Le plus probable, bien qu'on en comprenne mal les raisons, était que le Soleil détruisait des noyaux de lithium au cours du temps.
Cette image reproduit la vie d'une étoile semblable au Soleil, depuis sa naissance, sous la forme d'une protoétoile, à gauche du cadre, jusqu'à son stade de géante rouge dans la partie droite. Sur la ligne de temps inférieure figurent notre Soleil ainsi que les jumeaux solaires 18 Scorpii et HIP 102152 dans leurs cycles de vie respectifs. Le Soleil est âgé de 4,6 milliards d'années, 18 Scorpii de 2,9 milliards d'années, tandis que le plus vieux jumeau solaire est estimé à 8,2 milliards d'années. Il s'agit là du plus vieux jumeau solaire identifié à ce jour. En étudiant HIP 102152, nous obtenons un aperçu de l'avenir de notre Soleil. Eso/M. Kornmesser
Des jumeaux solaires qui détruisent du lithium en vieillissant
Pour rendre cette hypothèse plus crédible il fallait partir en quête de jumeaux du Soleil, c'est-à-dire d'étoiles ayant, en particulier, une massemasse très proche de celle du Soleil, et mesurer de façon solidesolide les abondances de lithium dans les atmosphères de ces naines jaunes à des âges différents. C'est précisément ce qu'a réussi à faire avec le VLTVLT de l'Eso une équipe internationale conduite par des astronomesastronomes au Brésil, comme le montre un article déposé sur arxiv.
On connaissait déjà quelques jumeaux du Soleil mais l'étoile HIP 102152, située à 250 années-lumièreannées-lumière de la Terre, lui ressemble particulièrement, notamment pour les abondances de 21 éléments dans leurs atmosphères. Mais l'étoile HIP 102152 est plus âgée que le Soleil d'environ quatre milliards d'années. Grâce au spectrographespectrographe Uves équipant le VLT, les chercheurs l'ont étudiée avec grand soin. Son âge, estimé à environ 8,2 milliards d'années, en fait le plus vieux jumeaujumeau du Soleil connu à ce jour. Un autre jumeau solaire a été scruté dans l'ultravioletultraviolet avec Uves. Il s'agit de l'étoile 18 Scorpii qui, elle, n'est âgée que de 2,9 milliards d'années. Comme chez d'autres jumeaux du Soleil plus jeunes que lui, on y a découvert davantage de lithium.
La conclusion à laquelle sont arrivés les astrophysiciensastrophysiciens est bien résumée par TalaWanda Monroe (université de Sao Paulo), l'auteur principal de l'article déposé sur arxivarxiv : « Nous avons découvert que HIP 102152 contient très peu de lithium. Cela montre clairement, et pour la toute première fois, que les jumeaux solaires plus âgés sont effectivement constitués d'une plus faible proportion de lithium que notre Soleil ou les jumeaux solaires plus jeunes. Nous pouvons en déduire avec certitude que ces étoiles détruisent leur lithium à mesure qu'elles vieillissent ».
CeriseCerise sur le gâteau, Uves a révélé que HIP 102152 présentait une déficience en éléments qui abondent dans les météoritesmétéorites et sur Terre. On constate la même chose avec la composition de l'atmosphère solaire. On peut légitimement se demander si HIP 102152 n'est pas entourée d'un cortège planétaire. Une bonne cible pour Seti peut-être ?
