abstract: The presence of a number of extinct radionuclides in the early Solar System (SS) is known from geochemical and isotopic studies of meteorites and their components. The half-lives of these isotopes are short relative to the age of the SS, such that they have now decayed to undetectable levels. They can be inferred to exist in the early SS from the presence of their daughter nuclides in meteoritic materials that formed while they were still extant. The extinct radionuclides are particularly useful as fine-scale chronometers for events in the early SS. They can also be used to help constrain the astrophysical setting of the formation of the SS because their short half-lives and unique formation environments yield information about the sources and timing of delivery of material to the protoplanetary disk. Some extinct radionuclides are considered evidence that the Sun interacted with a massive star (supernova) early in its history. The abundance of 60Fe in the early SS is particularly useful for constraining the astrophysical environment of the Sun's formation because, if present in sufficient abundance, its only likely source is injection from a nearby supernova. The initial SS abundance of 60Fe is poorly constrained at the present time, with estimates varying by 1-2 orders of magnitude. I have determined the 60Fe-60Ni isotope systematics of ancient, well-preserved meteorites using high-precision mass spectrometry to better constrain the initial SS abundance of 60Fe. I find identical estimates of the initial 60Fe abundance from both differentiated basaltic meteorites and from components of primitive chondrites formed in the Solar nebula, which suggest a lower 60Fe abundance than other recent estimates. With recent improved meteorite collection efforts there are more rare ungrouped meteorites being found that hold interesting clues to the origin and evolution of early SS objects. I use the 26Al-26Mg extinct radionuclide chronometer to constrain the ages of several recently recovered meteorites that sample previously unknown asteroid lithologies, including the only know felsic meteorite from an asteroid and two other ungrouped basaltic achondrites. These results help broaden our understanding of the timescales involved in igneous differentiation processes in the early SS. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Geological Sciences 2012

Le 60Fe présente un intérêt particulier en astrophysique nucléaire. En effet, la récente observation de ses raies gamma caractéristiques par les satellites RHESSI et INTEGRAL permet d'accéder au flux total de 60Fe intégré sur toute la Galaxie. De plus, l'observation d'un excès de 60Ni (noyau-fils du 60Fe) dans les grains pré-solaires fournit des contraintes sur les conditions de formation du système solaire primitif.Cependant, les sections efficaces de certaines réactions intervenant dans la nucléosynthèse du 60Fe et incluses dans les modèles stellaires présentent encore des incertitudes. C'est le cas notamment de la réaction 60Fe(n, gamma) 61Fe qui est responsable de la destruction du 60Fe. La section efficace totale de cette réaction peut être divisée en deux parties : la composante directe, impliquant les états situés sous le seuil de séparation neutron du 61Fe, et la composante résonante.Nous avons amélioré les connaissances spectroscopiques du 61Fe afin d'évaluer la contribution de la capture directe au taux de la réaction 60Fe(n, gamma)61Fe. Pour cela, nous avons étudié la réaction 60Fe(n, gamma) 61Fe par la réaction de transfert d(60Fe, p gamma)61Fe à l'aide du dispositif expérimental CATS/MUST2/EXOGAM sur la ligne LISE au GANIL. L'analyse en DWBA des distributions angulaires expérimentales des protons a permis d'extraire les moments angulaires et les facteurs spectroscopiques de différents états du 61Fe identifiés et peuplés sous le seuil de séparation neutron. Une comparaison des résultats expérimentaux obtenus pour le 61Fe avec ceux de noyaux similaires et avec des calculs modèle en couches a également été effectuée. / 60Fe is of special interest in nuclear astrophysics. Indeed the recent observations of 60Fe caracteristic gamma-ray lines by the RHESSI and INTEGRAL spacecrafts allowed to measure the total flux of 60Fe over the Galaxy. Moreover the observation in presolar grains of an excess of the daughter-nuclei of 60Fe, 60Ni, gives constraints on the conditions of formation of the early solar system. However, the cross-sections of some reactions involved in 60Fe nucleosynthesis and included to stellar models are still uncertain. The destruction reaction of 60Fe, 60Fe(n, gamma)61Fe, is one of them. The total cross-section can be separate into two contributions : the direct one, involving states below the neutron separation threshold of 61Fe, and the resonant one.We improved 61Fe spectroscopy in order to evaluate the direct capture part of the 60Fe(n, gamma)61Fe reaction cross-section. 60Fe(n, gamma)61Fe was thus studied via d(60Fe, p gamma)61Fe transfer reaction with the CATS/MUST2/EXOGAM setup at LISE-GANIL. DWBA analysis of experimental proton differential cross-sections allowed to extract orbital angular momentum and spectroscopic factors of different populated states identified below the neutron threshold. A comparison of experimental results for 61Fe with experimental results for similar nuclei and with shell-model calculations was also performed.

No description available.

L'objectif de cette thèse est de fournir puis d'exploiter des contraintes observationnelles relatives aux étoiles massives et à leurs explosions de supernova. Pour cela, nous nous intéressons à la signature de leur activité de nucléosynthèse et plus particulièrement au rayonnement de décroissance de plusieurs isotopes radioactifs produits et libérés à divers stades de leur existence : le 44Ti, l'26Al et le 60Fe. Grâce au spectromètre haute-résolution SPI embarqué sur l'observatoire spatial INTEGRAL, nous avons pu caractériser l'émission de raies gamma associée à la décroissance de ces trois radio-isotopes.<br />Dans un premier temps, nous nous concentrons sur l'émission de décroissance du 44Ti présent dans le vestige de supernova Cassiopée A. Le but de cette étude est d'obtenir, par une analyse spectrale du signal, une information sur la cinématique de l'ejecta de Cassiopée A. Une telle donnée pourrait alors nous renseigner sur le mécanisme incertain par lequel l'effondrement gravitationnel d'une étoile massive en fin de vie aboutit à une explosion de supernova.<br />Nous nous intéressons ensuite aux raies gamma de la décroissance de l'26Al et du 60Fe. Ces deux isotopes à longue durée de vie s'accumulent dans le milieu interstellaire autour des étoiles massives et donnent lieu à une émission galactique diffuse à 1809 et 1173/1332 keV respectivement. Les observations SPI de cette émission sont confrontées à un modèle de la nucléosynthèse galactique construit à partir des plus récents modèles stellaires. Un travail plus détaillé est alors consacré à la région du Cygne, qui abrite une forte concentration d'étoiles massives proches. Les données SPI obtenues sont comparées aux prédictions théoriques d'un code de synthèse de population et d'une simulation numérique de diffusion de l'26Al à l'intérieur de la superbulle soufflée par l'amas Cyg OB2.

Le 60Fe présente un intérêt particulier en astrophysique nucléaire. En effet, la récente observation de ses raies gamma caractéristiques par les satellites RHESSI et INTEGRAL permet d'accéder au flux total de 60Fe intégré sur toute la Galaxie. De plus, l'observation d'un excès de 60Ni (noyau-fils du 60Fe) dans les grains pré-solaires fournit des contraintes sur les conditions de formation du système solaire primitif.Cependant, les sections efficaces de certaines réactions intervenant dans la nucléosynthèse du 60Fe et incluses dans les modèles stellaires présentent encore des incertitudes. C'est le cas notamment de la réaction 60Fe(n, gamma) 61Fe qui est responsable de la destruction du 60Fe. La section efficace totale de cette réaction peut être divisée en deux parties : la composante directe, impliquant les états situés sous le seuil de séparation neutron du 61Fe, et la composante résonante.Nous avons amélioré les connaissances spectroscopiques du 61Fe afin d'évaluer la contribution de la capture directe au taux de la réaction 60Fe(n, gamma)61Fe. Pour cela, nous avons étudié la réaction 60Fe(n, gamma) 61Fe par la réaction de transfert d(60Fe, p gamma)61Fe à l'aide du dispositif expérimental CATS/MUST2/EXOGAM sur la ligne LISE au GANIL. L'analyse en DWBA des distributions angulaires expérimentales des protons a permis d'extraire les moments angulaires et les facteurs spectroscopiques de différents états du 61Fe identifiés et peuplés sous le seuil de séparation neutron. Une comparaison des résultats expérimentaux obtenus pour le 61Fe avec ceux de noyaux similaires et avec des calculs modèle en couches a également été effectuée.

Un pic de 60Fe récemment observé dans une croûte ferromanganésienne a été interprété comme la trace de l'explosion d'une supernova qui aurait explosé, suffisamment proche du système solaire pour qu'elle puisse y déposer son empreinte sur la Terre, il y a 2.8 ° 0.4 millions d'années (Myr). Pour confirmer cette interprétation, d'une part avec une meilleure résolution temporelle, d'autre part en ayant accès à la mesure simultanée d'autres isotopes dans différentes phases géochimiques, les sédiments marins sont un outil particulièrement adapté. Ce travail a pour objectif de rechercher dans les sédiments marins les résidus de cette supernova sous forme d'anomalies isotopiques. Les trois principaux noyaux auxquels nous nous sommes intéressés sont l'129I, le 60Fe, et l'26Al, tous trois mesurés sous forme de rapports isotopiques par Spectrométrie de Masse par Accélérateur (SMA). Quantifier le flux des noyaux correspondant à la signature de cette supernova permettrait de mieux contraindre les modèles théoriques de nucléosynthèse stellaire. Ces résidus sont des isotopes produits par une séquence de combustions hydrostatiques pendant l'évolution stellaire et/ou par nucléosynthèse explosive lors de l'explosion de la supernova. Les conditions qui règnent au moment de l'explosion (température, densité de neutrons) permettent de penser que les supernovae pourraient être le site astrophysique du processus r.<br />L'étude en 129I a montré que la mesure de rapports 129I/127I pré-anthropogéniques nécessite un contrôle très strict des différentes sources possibles de contaminations en 129I, et ce d'autant plus lorsque l'on travaille avec de petites quantités d'iode (quelques microgrammes). Cette étude a permis de révéler un écart de plusieurs ordres de grandeurs entre la valeur pré-anthropogénique théorique et expérimentale du rapport 129I/127I dans le milieu marin. Les mesures SMA en 60Fe et 26Al ont permis d'établir, dans la phase authigène des sédiments marins, l'absence de signal en 60Fe sur la zone temporelle correspondant au signal observé dans la croûte Fe-Mn (2.4-3.2 Myr), ainsi qu'en 26Al de 2.6 à 3.2 Myr.