Alors que la compréhension des scientifiques sur les origines de l’univers s’élargit, le professeur agrégé de l’IU, Constantine Deliyannis, s’efforce d’expliquer les divergences avec les modèles actuels d’évolution des étoiles dans de nouvelles recherches.
La plupart des astronomes disent aujourd’hui que notre univers a émergé dans une violente explosion communément appelée Big Bang, il y a environ 13,8 milliards d’années. L’univers entier a été emballé dans une zone infiniment petite, puis s’est soudainement étendu à la taille d’une galaxie en une fraction de seconde, a déclaré Deliyannis.
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Alors que l’univers poursuivait son expansion et se refroidissait, les protons et les neutrons ont commencé à fusionner en noyaux, qui ont formé les premiers atomes d’hydrogène, d’hélium et de traces de lithium. Au fur et à mesure de l’expansion de l’univers, la gravité a fait converger ces éléments dans les premières étoiles, et finalement les galaxies.
“La gravité fait que les choses s’attirent”, a déclaré Mike Berger, professeur de physique à l’IU. “Dans l’univers primitif, les choses avaient toutes à peu près la même densité, mais à mesure que l’univers grandissait, les endroits à haute densité attiraient plus de matière jusqu’à ce que de plus grandes structures se forment.”
Les recherches du professeur Deliyannis portent principalement sur les niveaux de lithium dans la haute atmosphère des étoiles. Tout au long de sa carrière, il a constaté qu’il existe des écarts majeurs entre les niveaux de lithium prévus dans les étoiles du Big Bang et ce qui y est réellement observé.
En utilisant l’héliosismographie, l’étude des ondes sonores produites par le soleil, les astronomes ont découvert que les modèles solaires standard décrivaient les structures internes du soleil avec une grande précision, a déclaré Deliyannis. Cependant, les niveaux de lithium sont éteints.
“Ce modèle standard d’évolution solaire prédit que l’abondance actuelle de lithium du soleil devrait être d’environ 1/3 de ce qu’elle était au départ”, a déclaré Deliyannis. “Cependant, il s’agit en fait d’environ 0,7%, ce qui est un écart énorme, même en astronomie.”
La rotation des étoiles doit également être prise en compte, a déclaré Deliyannis. Au fur et à mesure que les étoiles vieillissent, elles ralentissent, mais ne ralentissent pas uniformément. En raison du moment cinétique, les couches externes des étoiles ont tendance à ralentir plus rapidement que les couches internes. Cette différence de rotation entre les couches d’une étoile crée un cisaillement, qui provoque finalement un mélange entre les couches, expliquant l’écart du lithium.
Une fois que les astronomes auront compris et modélisé avec précision ces écarts, ils pourront transférer leurs connaissances à la première génération d’étoiles et être en mesure de déterminer la quantité de lithium qui s’est formée lors du Big Bang, a déclaré Deliyannis.
“Si nous pouvons déterminer la quantité de lithium avec laquelle ces étoiles se sont formées, cela fournira un très bon test de la théorie du Big Bang”, a déclaré Deliyannis.
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Deliyannis utilise plusieurs télescopes pour mener ses recherches, dont le télescope WIYN de 3,5 mètres à Kitt Peak en Arizona. En utilisant la spectroscopie, qui consiste à envoyer la lumière de l’atmosphère d’une étoile à travers des prismes pour détecter les traces d’éléments, Deliyannis peut trouver des mesures précises du lithium dans les étoiles.
Lorsque la lumière est envoyée à travers des prismes, les éléments se révèlent à travers des taches sombres dans le spectre arc-en-ciel de la lumière visible. En mesurant ces taches sombres, les astronomes peuvent déterminer les quantités de certains éléments présents dans un échantillon de lumière, a déclaré Vinicius Placco, astronome associé au National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory.
“Vous verriez les couleurs passer du violet au bleu, puis au rouge et à l’infrarouge”, a déclaré Placco. “Toutes ces discontinuités, ce sont les empreintes digitales des éléments chimiques dans l’atmosphère des étoiles.”
Grâce à cette méthode, des astronomes comme Deliyannis peuvent expliquer les divergences dans les théories actuelles sur la façon dont l’univers est devenu tel qu’il est, ce qui conduit à la confirmation des théories existantes ou peut-être à un appel à approfondir.
“Ce que nous essayons de faire, c’est d’expliquer comment l’univers a évolué chimiquement”, a déclaré Placco. “Je pense que c’est important dans le sens où vous pouvez découvrir d’où nous venons.”