Le plateau des Spite existe aussi dans les autres galaxies : l

Le plateau des Spite existe aussi dans les autres galaxies : l'exemple de omega Centauri
Extrait du Observatoire de Paris centre de recherche et enseignement en astronomie et
astrophysique relevant du Ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche.
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Le plateau des Spite existe
aussi dans les autres galaxies
: l'exemple de omega Centauri
Date de mise en ligne : dimanche 1er août 2010
Observatoire de Paris centre de recherche et enseignement en astronomie et
astrophysique relevant du Ministère de l'Enseignement supérieur et de la
Recherche.
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Le plateau des Spite existe aussi dans les autres galaxies : l'exemple de omega Centauri
L'abondance de lithium dans les étoiles anciennes (le plateau des Spite) a été considéré
comme un des indicateurs primaires de la densité baryonique de l'Univers, pendant plus de
vingt ans. Il a été, en fait, considéré comme un des piliers qui soutient la cosmologie du Big
Bang. La mesure précise de la densité baryonique, par l'étude des fluctuations du fond
cosmologique à micro-ondes a fourni un valeur beaucoup plus élevée que prévu par le
plateau des Spite. Plusieurs solutions de ce "problème du lithium cosmologique" ont été
envisagées. Certaines postulent une physique nouvelle dans l'Univers primordial, d'autres
une évolution spécifique de notre Galaxie, ou une déplétion du lithium dans les atmosphères
des étoiles anciennes. Pour éclaircir ce problème, une équipe de chercheurs, incluant un
membre de l'Observatoire de Paris, a utilisé le télescope de 8.2m de l'ESO, VLT-Kueyen,
pour mesurer, pour la première fois, le lithium dans une galaxie externe : omega Centauri.
Le résultat est surprenant, les étoiles de omega Centauri montrent un plateau des Spite,
comme les étoiles de notre Galaxie. Toute solution du "problème du lithium cosmologique"
doit forcément tenir compte de l'universalité du plateau des Spite.
La composition chimique du Soleil et du système Solaire est le résultat d'une évolution complexe, dans laquelle les
différents éléments sont produits progressivement par les générations d'étoiles. Quand on observe des étoiles de
plus en plus vieilles on observe des abondances décroissantes de tous les éléments, carbone, oxygène, fer, etc.
Avec une importante exception : le lithium. Au début des années 1980 Monique et François Spite, de l'Observatoire
de Paris, ont découvert que toutes les étoiles vieilles de notre Galaxie ont la même abondance de lithium. En fait si
on fait un graphique des abondances de lithium en fonction de l'abondance d'un autre élément, par exemple le fer,
on trouve un plateau, qui est appelé le plateau des Spite. L'explication, la plus simple, du plateau est que le lithium
observé dans ces étoiles a été produit pendant le Big Bang, en même temps que la majorité de l'hélium présent dans
l'Univers. Dans ce cas la quantité de lithium produit est une fonction du rapport entre baryons et photons, donc de la
densité baryonique de l'Univers. Pendant plus de vingt années la concordance des abondances primordiales
mesurées des isotopes produits dans le Big Bang, deuterium, les deux isotopes stables de l'helium 3He et 4He, et
7Li, avec une seule valeur de la densité baryonique a été considerée un des piliers de la cosmologie du Big Bang.
Pourtant cette concordance était basée sur des erreurs plutôt grandes, des mesures des abondances primordiales.
La mesure très précise de la densité baryonique obtenue par l'étude des fluctuations du fond cosmologique de
micro-ondes, couplée avec la théorie standard de la nucleosynthèse dans le Big Bang implique une tension avec le
plateau des Spite (Fig. 1)
Figure 1 : L'abondance primordiale de lithium prédite par la nucleosynthèse dans le Big Bang, en fonction du rapport
entre le nombre de baryons et le nombre de photons (fig de Bonifacio 2004). Les lignes bleues sont les erreurs à un
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sigma. La ligne horizontale épaisse est le niveau observé du plateau des Spite, les lignes fines indiquent l'erreur à un
sigma, les lignes en tirets sont la somme des erreurs statistiques et systématiques. Les lignes verticales rouges sont
les valeurs du rapport déduit à partir des fluctuations du fond cosmologique avec son erreur de un sigma (lignes
verticales en tirets).
Omega Centauri (Fig.2) est ce qui reste d'une galaxie satellite, capturée par la Voie Lactée. Elle a sûrement perdu
une grande partie de sa masse par effet de marée, néanmoins elle a une masse qui est dix fois plus grande que les
amas globulaires les plus massifs. Elle héberge un mélange compliqué de populations stellaires d'âges et
métallicités différents. Les étoiles du "turn-off" et les sous-géantes sont observables à des magnitudes de 17.5
jusqu'à 18, très faibles, mais observables avec un télescope de 8 mètres.
Figure 2 Une image composée de omega Centauri obtenue avec le Wide Field Imager et le télescope 2.2m
MPI/ESO à La Silla (Chili, copyrightESO).
Pour mesurer l'abondance de lithium dans ces étoiles, 19 heures d'intégration ont été nécessaires sur le télescope
ESO VLT-Kueyen et l'instrument Flames/Giraffe (construit au GEPI). Il en résulte des spectres de qualité excellente
qui ont permis une mesure précise de l'abondance du lithium. Les chercheurs ont été plutôt surpris de découvrir un
exemple typique du plateau des Spite, comme dans notre Galaxie.
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Figure 3 Le plateau des Spite dans omega Centauri, tel qu'il est révélé par les observations Flames/Giraffe. Toutes
les étoiles observées ont la même abondance de lithium, quelle que soit leur métallicité ou température.
Ce résultat rend impossible n'importe quelle solution du "problème du lithium cosmologique" qui postule une
évolution spéciale pour notre Galaxie, comme le modèle de Piau et al. En même temps il pose de fortes contraintes
à tous les modèles qui postulent la déplétion du lithium dans les atmosphères stellaires, puisqu'il est nécessaire de
trouver la même déplétion pour les étoiles d'âge, masse et métallicité différents. L'intervalle d'âges couvert par les
étoiles observées est matière à débats, néanmoins, selon l'analyse de Villanova et al. (2007) cet intervalle est de 5
milliards d'années. Il est clair que des explications qui reposent sur des phénomènes lents et dépendant du temps,
comme la diffusion, auront du mal à expliquer cette homogéneité. Si les explications "stellaires" du "problème du
lithium cosmologique" ont des difficultés, peut être il serait intéressant de chercher du côté d'une nouvelle physique
au moment de la nucléosynthèse. Toute le monde attend avec impatience les nouvelles découvertes attendues du
Large Hadron Collider !
Référence L. Monaco, P. Bonifacio, L. Sbordone, S. Villanova, E. Pancino 2010, The lithium content of omega
Centauri, A&A in press Contact Lorenzo Monaco (European Southern Observatory) Piercarlo Bonifacio (GEPI,
Observatoire de Paris, CNRS, Université Paris Diderot)
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