GEPI

De la conception instrumentale
à l’exploitation des observables

L’évolution galactique du phosphore

Le phosphore, avec un numéro atomique de Z=15, est dans le groupe de l’azote dans le tableau périodique des éléments. Il se situe entre le silicium (Z=14) et le soufre (Z=16). Contrairement au phosphore, le soufre et le silicium sont deux éléments bien étudiés, et leur abondance est mesurée dans la photosphère des étoiles « froides ». Le phosphore est un élément abondant dans l’Univers, et il est essentiel pour la vie comme nous la connaissons sur la Terre. En fait, le phosphore est un composant de l’ADN, de l’ARN, de l’ATP (phosphate) et des membranes cellulaires (phospholipides). Dans la photosphère solaire le phosphore est parmi les vingt éléments les plus abondants. En dépit d’être un élément commun, abondant dans l’Univers, et important pour notre vie, jusqu’à présent le phosphore n’a jamais été systématiquement analysé dans la Galaxie. Cette absence d’étude est due à l’absence de signatures du phosphore dans les spectres stellaires ; aucune raie de phosphore n’est détectée dans l’intervalle en longueur d’onde habituellement observé dans les étoiles froides.

Depuis quelques années CRIRES, un spectrographe infrarouge à haute résolution, est disponible, dans la classe de télescopes de 8m à l’ESO-Chili. Les raies faibles de P I dans le domaine 1050-1082 nm, sont détectables avec CRIRES. Il est alors possible de déterminer l’abondance de phosphore dans les étoiles à différentes étapes de la vie de la Galaxie, et retracer l’évolution du phosphore dans la Voie Lactée.

Une équipe d’astronomes dirigée par Elisabetta Caffau (ZAH, GEPI) a étudié un échantillon de vingt étoiles Galactiques, avec une métallicité dans l’intervalle d’un dixième à deux fois la métallicité solaire et a déterminé la première image de l’évolution galactique du phosphore. L’échantillon contenait des étoiles avec et sans planètes détectées. Le résultat est montré dans la Figure. Si nous utilisons [Fe/H] (log10(NFe/NH)-log10(NFe/NH)) comme une mesure de la métallicité des étoiles, [P/Fe], définie comme log10(NP/NH)-log10(NP/NH)-[Fe/H], est le logarithme du rapport de l’abondance du phosphore sur l’abondance de fer. La figure affiche l’abondance relative du phosphore, [P/Fe], en fonction de la metallicité, [Fe/H], pour les étoiles connues pour avoir des planètes (carrés rouges) et les étoiles sans planète connue (hexagones noirs). Un modèle d’évolution galactique du phosphore (Kobayashi et al. 2006) est superposé. On peut voir que [P/Fe] est proche de zéro pour les étoiles de métallicité solaire, et le rapport augmente à mesure que la métallicité diminue, c’est-à-dire que les étoiles plus pauvres en metaux ont un rapport [P/Fe] plus élevé que le Soleil. Il n’y a aucune différence évidente dans le comportement entre les étoiles avec et sans planètes. Ce comportement était inattendu, et nous invite à une révision de nos modèles de l’évolution chimuque de la Galaxie.

L’article The Galactic evolution of phosphorus (Caffau, Bonifacio, Faraggiana & Steffen) sera publié dans A&A.