À un moment ou à un autre, tous les passionnés de science ont entendu les paroles tristement célèbres de feu Carl Sagan: "Nous sommes faits d'étoiles." Mais qu'est-ce que cela signifie exactement? Comment des boules de plasma colossales, brûlant avidement leur combustible nucléaire dans le temps et l'espace lointains, pourraient-elles jouer un rôle dans la formation de la vaste complexité de notre monde terrestre? Comment se fait-il que «l'azote dans notre ADN, le calcium dans nos dents, le fer dans notre sang, le carbone dans nos tartes aux pommes» ait pu être forgé si désinvolture au plus profond du cœur de ces énormes géants stellaires?
Sans surprise, l'histoire est à la fois élégante et profondément impressionnante.
Toutes les étoiles viennent de modestes débuts, à savoir un gigantesque amas rotatif de gaz et de poussière. La gravité pousse le nuage à se condenser en tournant, tourbillonnant dans une sphère de matériau de plus en plus serrée. Finalement, l'étoile à devenir devient si dense et chaude que les molécules d'hydrogène dans son noyau entrent en collision et fusionnent en de nouvelles molécules d'hélium. Ces réactions nucléaires libèrent de puissants sursauts d'énergie sous forme de lumière. Le gaz brille de mille feux; une star est née.
Le sort ultime de notre étoile naissante dépend de sa masse. Les étoiles plus petites et légères brûlent plus lentement que l'hydrogène dans leur noyau que les étoiles plus lourdes, brillent un peu plus faiblement mais vivent beaucoup plus longtemps. Au fil du temps, cependant, la baisse des niveaux d'hydrogène au centre de l'étoile provoque moins de réactions de fusion d'hydrogène; moins de réactions de fusion d'hydrogène signifient moins d'énergie, et donc moins de pression vers l'extérieur.
À un certain point, l'étoile ne peut plus maintenir la tension que son noyau avait maintenue contre la masse de ses couches externes. La gravité fait pencher la balance et les couches externes commencent à basculer vers l'intérieur sur le noyau. Mais leur effondrement réchauffe les choses, augmentant la pression centrale et inversant à nouveau le processus. Une nouvelle coque brûlant de l'hydrogène est créée juste à l'extérieur du noyau, rétablissant un tampon contre la gravité des couches de surface de l'étoile.
Tandis que le cœur continue de conduire des réactions de fusion d’hélium à faible énergie, la force de la nouvelle coquille brûlant de l’hydrogène pousse à l’extérieur de l’étoile, provoquant un gonflement de plus en plus important des couches externes. L'étoile se dilate et se refroidit en une géante rouge. Ses couches extérieures échapperont finalement à l'attraction de la gravité, flottant dans l'espace et laissant derrière lui un petit noyau mort - une naine blanche.
Les étoiles plus lourdes vacillent aussi occasionnellement dans la lutte entre la pression et la gravité, créant de nouvelles coquilles d'atomes à fusionner dans le processus; cependant, contrairement aux petites étoiles, leur excès de masse leur permet de continuer à former ces couches. Le résultat est une série de sphères concentriques, chaque coque contenant des éléments plus lourds que celui qui l'entoure. L'hydrogène dans le cœur donne naissance à l'hélium. Les atomes d'hélium fusionnent pour former du carbone. Le carbone se combine avec l'hélium pour créer de l'oxygène, qui fusionne en néon, puis en magnésium, puis en silicium… tout au long du tableau périodique jusqu'au fer, où se termine la chaîne. De telles étoiles massives agissent comme un four, entraînant ces réactions au moyen de l'énergie disponible pure.
Mais cette énergie est une ressource limitée. Une fois que le noyau de l'étoile devient une boule de fer solide, il ne peut plus fusionner des éléments pour créer de l'énergie. Comme c'était le cas pour les petites étoiles, moins de réactions énergétiques dans le cœur des étoiles lourdes signifient moins de pression extérieure contre la force de gravité. Les couches externes de l'étoile commenceront alors à s'effondrer, accélérant le rythme de la fusion des éléments lourds et réduisant encore la quantité d'énergie disponible pour supporter ces couches externes. La densité augmente de façon exponentielle dans le noyau rétrécissant, brouillant si étroitement les protons et les électrons qu'elle devient une entité entièrement nouvelle: une étoile à neutrons.
À ce stade, le noyau ne peut pas devenir plus dense. Les obus extérieurs massifs de l'étoile - toujours en train de basculer vers l'intérieur et toujours remplis d'éléments volatils - n'ont plus nulle part où aller. Ils claquent dans le cœur comme une plate-forme pétrolière accélérée s'écraser sur un mur de briques, et éclatent dans une explosion monstrueuse: une supernova. Les énergies extraordinaires générées lors de cette explosion permettent enfin la fusion d'éléments encore plus lourds que le fer, du cobalt jusqu'à l'uranium.
L'onde de choc énergétique produite par la supernova se déplace dans le cosmos, décaissant des éléments lourds dans son sillage. Ces atomes peuvent ensuite être incorporés dans des systèmes planétaires comme le nôtre. Étant donné les bonnes conditions - par exemple, une étoile convenablement stable et une position dans sa zone habitable - ces éléments fournissent les éléments de base d'une vie complexe.
Aujourd'hui, notre vie quotidienne est rendue possible par ces mêmes atomes, forgés il y a longtemps dans les affres de la vie et de la mort d'étoiles massives. Notre capacité à tout faire - se réveiller d'un sommeil profond, savourer un délicieux repas, conduire une voiture, écrire une phrase, ajouter et soustraire, résoudre un problème, appeler un ami, rire, pleurer, chanter, danser, courir, sauter et jouer - est régi principalement par le comportement de minuscules chaînes d'hydrogène combinées à des éléments plus lourds comme le carbone, l'azote, l'oxygène et le phosphore.
D'autres éléments lourds sont présents en plus petites quantités dans le corps, mais sont néanmoins tout aussi essentiels au bon fonctionnement. Par exemple, le calcium, le fluor, le magnésium et le silicium agissent aux côtés du phosphore pour renforcer et développer nos os et nos dents; le sodium, le potassium et le chlore ionisés jouent un rôle essentiel dans le maintien de l'équilibre hydrique et de l'activité électrique du corps; et le fer comprend la partie clé de l'hémoglobine, la protéine qui équipe nos globules rouges de la capacité de fournir l'oxygène que nous inspirons au reste de notre corps.
Donc, la prochaine fois que vous passez une mauvaise journée, essayez ceci: fermez les yeux, respirez profondément et contemplez la chaîne d'événements qui relie votre corps et votre esprit à un endroit à des milliards d'années-lumière, au plus profond l'espace et le temps. Rappelez-vous que des étoiles massives, beaucoup plus grandes que notre soleil, ont passé des millions d'années à transformer l'énergie en matière, créant les atomes qui composent chaque partie de vous, la Terre et tous ceux que vous avez connus et aimés.
Nous, les êtres humains sont si petits; et pourtant, la danse délicate des molécules fabriquées à partir de cette matière étoilée donne naissance à une biologie qui nous permet de réfléchir à notre Univers plus large et à la façon dont nous avons fini par exister. Carl Sagan lui-même l'a expliqué le mieux: «Une partie de notre être sait que c'est de là que nous venons. Il nous tarde de revenir; et nous le pouvons, parce que le cosmos est aussi en nous. Nous sommes faits d'étoiles. Nous sommes un moyen pour le cosmos de se connaître. »
