«Nucléo-» signifie «à voir avec les noyaux»; «Synthèse» signifie «faire», donc la nucléosynthèse est la création de (nouveaux) noyaux atomiques.
En astronomie - et en astrophysique et cosmologie - il existe deux principaux types de nucléosynthèse, la nucléosynthèse Big Bang (BBN) et la nucléosynthèse stellaire.
Dans l'ensemble des théories incroyablement réussies qui sont communément appelées la théorie du Big Bang, l'univers primitif était très dense et très chaud. Au fur et à mesure de son expansion, il s'est refroidi et le plasma quark-gluon a «gelé» en neutrons et protons (et autres hadrons, mais leur rôle dans BBN était marginal), qui interagissait furieusement… beaucoup, beaucoup de réactions nucléaires. L'univers a continué à se refroidir et est devenu trop froid pour de nouvelles réactions nucléaires… les isotopes instables sont partis puis se sont dégradés, tout comme les neutrons qui n'étaient pas déjà dans un noyau ou un autre. La majeure partie de la matière était alors de l'hydrogène (en fait juste des protons; les électrons n'ont été capturés pour former des atomes que bien plus tard), et de l'hélium-4 (particules alpha)… avec une pincée de deutérium, un trait d'hélium-3 et une trace de lithium -7.
C'est BBN.
Les atomes de votre corps - à l'exception de l'hydrogène - ont tous été fabriqués dans des étoiles… par nucléosynthèse stellaire.
Les étoiles de la séquence principale tirent l'énergie qu'elles brillent des réactions nucléaires dans leurs noyaux; hors de la séquence principale, l'énergie provient de réactions nucléaires dans une coquille (ou plus d'une coquille) autour du noyau. Il existe plusieurs cycles ou processus de réaction nucléaire différents (par exemple, processus triple alpha, s, chaîne proton-proton, cycle CNO), mais le résultat final est la fusion de l'hydrogène (et de l'hélium) pour produire du carbone, de l'azote, de l'oxygène,… et le groupe du fer (fer, cobalt, nickel). Dans la phase géante rouge de la vie d’une étoile, une grande partie de cette matière se retrouve dans le milieu interstellaire… et un jour dans votre corps.
Il existe d'autres façons de créer de nouveaux noyaux, dans l'univers (autres que BBN et la nucléosynthèse stellaire); par exemple, lorsqu'une particule de haute énergie (un rayon cosmique) entre en collision avec un noyau dans le milieu interstellaire (ou l'atmosphère terrestre), elle la brise en deux ou plusieurs morceaux (ce processus est appelé spallation des rayons cosmiques). Cela produit la plupart du lithium (à l'exception du BBN 7Li), le béryllium et le bore.
Et encore un: dans une supernova, en particulier une supernova d'effondrement de noyau, d'énormes quantités de nouveaux noyaux sont synthétisées, très rapidement, dans les réactions nucléaires déclenchées par le flot de neutrons. Ce «processus r», comme on l'appelle (en fait, il y en a plus d'un) produit la plupart des éléments plus lourds que le groupe du fer (du cuivre à l'uranium), directement ou par désintégration radioactive d'isotopes instables produits directement.
Vous souhaitez en savoir plus? Voici quelques liens qui pourraient vous intéresser: Nucleosynthesis (Cosmicopia de la NASA), Big Bang Nucleosynthesis (Martin White, Université de Californie, Berkeley) et Stellar Nucleosynthesis (Ohio University).
Beaucoup d'histoires Space Magazine sur ce sujet aussi; par exemple, les étoiles au cœur de la voie lactée «expirent» le carbone, l’oxygène, les astronomes simulent les premières étoiles formées après le Big Bang et les étoiles à neutrons ont des croûtes de super-acier.
Découvrez cet épisode d'Astronomy Cast, spécialement conçu pour cet article du Guide to Space: Nucleosynthesis: Elements from Stars.
Sources:
NASA
Wikipédia
UC Berkeley
