All the material objects around you are composed of submicroscopic units we call molecules. And molecules in turn are composed of individual atoms. Molecules frequently break apart and then form new molecules. On the other hand, virtually all the atoms you come in to contact with through the course of your life, the ones in the ground beneath you, the air you breath, the food you eat, those that make up every living thing, including you, have existed for billions of years and were created in places very unlike our planet. How those atoms came about is what I want to share with you. It all started 14 billion years ago with an event we call The Big Bang, which resulted in a universe consisting of gas alone. There were no stars and no planets. The gas was made up only of atoms belonging to the simplest elements. It was about 75 percent hydrogen and almost all the rest was helium. No elements like carbon, oxygen or nitrogen existed. No iron, silver or gold. In some places, the density of this gas was slightly higher than in others. Due to gravity, those places attracted even more gas, which further strengthened the pull of gravity, which then drew more gas in, and so on. Eventually, large dense gas balls formed, shrinking under their own gravity and consequently heating up on the inside. At some point, the core of such a ball gets hot enough that nuclear fusion occurs. Hydrogen atoms smash together to form helium, accompanied by a great release of energy, strong enough to counteract the shrinking force of the gravity. When the energy pushing out from the fusion reactions matches the gravity pulling all the gas inwards, an equilibrium occurs. From this a star is born. Over its lifetime, the fusion reactions in the core of a massive star will produce not only helium, but also carbon, oxygen, nitrogen and all the other elements in the periodic table up to iron. But eventually, the core's fuel runs out, leaving it to collapse completely. That causes an unbelievably powerful explosion we call a supernova. Now there are two things to note about how supernovas create elements. First, this explosion releases so much energy that fusion goes wild forming elements with atoms even heavier than iron like silver, gold and uranium. Second, all the elements that had been accumulating in the core of the star, like carbon, oxygen, nitrogen, iron, as well as all of those formed in the supernova explosion, are ejected in to interstellar space where they mix with the gas that's already there. History then repeats itself. Gas clouds, now containing many elements besides the original hydrogen and helium, have higher density areas that attract more matter, and so on. As before, new stars result. Our sun was born this way about 5 billion years ago. That means that the gas it arose from had itself been enriched with many elements from supernova explosions since the universe began. So that's how the sun wound up with all the elements. It's still mostly hydrogen at 71 percent, with most of the rest being helium at 27 percent. But bear in mind that while the first stars were made up of hydrogen and helium alone, the remaining elements in the periodic table make up two percent of the sun. And what about Earth? Planets form as an incidental process to star formation out of the same gas cloud as the star itself. Small planets like ours don't have enough gravity to hold on to much hydrogen or helium gas since both of those are very light. So, even though carbon, nitrogen, oxygen and so on made up only two percent of the gas cloud from which Earth was formed, these heavier elements form the bulk of our planet and everything on it. Think about this: with the exception of hydrogen and some helium, the ground you walk on, the air you breath, you, everything is made of atoms that were created inside stars. When scientists first worked this out over the first half of the 20th Century, the famous astronomer Harlow Shapley commented, "We are brothers of the boulders, cousins of the clouds."
Tous les objets matériels qui vous entourent sont composés d'unités sous-microscopiques qu'on appelle molécules. Et les molécules à leur tour sont composées d'atomes individuels. Les molécules se dissocient fréquemment et forment ensuite de nouvelles molécules. Par ailleurs, tous les atomes avec lesquels vous entrez en contact au cours de votre vie, ceux dans le sol sous vos pieds, l'air que vous respirez, la nourriture que vous mangez, ceux qui constituent tout ce qui vit, vous y compris, existent depuis des milliards d'années et ont été créés dans des lieux très différents de notre planète. Ce dont je veux vous parler, c'est de comment ces atomes sont apparus. Tout a commencé il y a 14 milliards d'années avec un événement qu'on appelle le Big Bang, ce qui a abouti à un univers constitué uniquement de gaz. Il n'y avait ni étoiles, ni planètes. Le gaz était seulement composé d'atomes qui appartenaient aux éléments les plus simples. C'était environ 75 % d'hydrogène et presque tout le reste était de l'hélium. Aucun élément tel que le carbone, l'oxygène ou l'azote n'existait. Ni le fer, ni l'argent, ni l'or. Dans certains endroits, la densité de ce gaz était légèrement plus élevée que dans d'autres. À cause de la gravité, ces endroits ont attiré encore plus de gaz, ce qui a renforcé encore plus l'attraction de la gravité, ce qui ensuite a attiré encore plus de gaz, etc. Au final, de grandes boules de gaz denses se sont formées, se contractant sous leur propre gravité et par conséquent chauffant à l'intérieur. À un certain moment, le cœur d'une de ces boules chauffe assez pour qu'ait lieu une fusion nucléaire. Des atomes d'hydrogène s'entrechoquent pour former de l'hélium, accompagnés par une grande décharge d'énergie, assez forte pour contrebalancer la force de contraction de la gravité. Quand l'énergie qui sort des réactions de fusion correspond à la gravité qui attire tout le gaz vers l'intérieur, un équilibre se produit. De là naît une étoile. Au cours de sa vie, les réactions de fusion dans le noyau d'une étoile massive produira non seulement de l'hélium, mais aussi du carbone, de l'oxygène, de l'azote et tous les autres éléments de la table périodique jusqu'au fer. Mais au final, le combustible du cœur s'épuise, ce qui l'amène à s'effondrer complètement. Cela cause une explosion incroyablement puissante qu'on appelle une supernova. Maintenant, il y a deux choses à noter sur la façon dont les supernovas créent les éléments. D'abord, cette explosion dégage tellement d'énergie que la fusion s'affole et forme des éléments avec des atomes plus lourds même que le fer comme l'argent, l'or et l'uranium. Deuxièmement, tous les éléments qui s'étaient accumulés dans le cœur de l'étoile, comme le carbone, l'oxygène, l'azote, le fer, de même que tous ceux formés dans l'explosion de la supernova, sont éjectés dans l'espace interstellaire où ils se mélangent avec le gaz qui y est déjà. Ensuite, l'histoire se répète. Les nuages de gaz, qui contiennent maintenant de nombreux éléments en plus de l'hydrogène et l'hélium originels, ont des zones de densité plus grande qui attirent plus de matière, etc. Comme précédemment, il en résulte de nouvelles étoiles. Notre soleil est né ainsi il y a environ 5 milliards d'années. Ce qui veut dire que le gaz qui lui a donné naissance avait été lui-même enrichi de nombreux éléments issus d'explosions de supernova depuis le commencement de l'univers. Voilà comment le soleil s'est retrouvé avec tous les éléments. Il est essentiellement composé d'hydrogène pour 71 %, l'essentiel du reste étant de l'hélium pour 27 %. Mais n'oubliez pas qu'alors que les premières étoiles ont été constituées uniquement d'hydrogène et d'hélium, les éléments restants dans la table périodique composent 2 % du soleil. Et la Terre ? Les planètes se forment en tant que processus accidentel de la formation d'étoile à partir du même nuage de gaz que l'étoile elle-même. Les petites planètes comme la nôtre n'ont pas suffisamment de gravité pour retenir beaucoup de gaz d'hydrogène ou d'hélium puisque ce sont deux gaz très légers. Donc, bien que le carbone, l'azote, l'oxygène etc., ne représentaient que 2 % du nuage de gaz à partir duquel la Terre s'est formée, ces éléments plus lourds forment la masse de notre planète et de tout ce qui se trouve dessus. Réfléchissez-y : à l'exception de l'hydrogène et d'une partie de l'hélium, le sol sur lequel vous marchez, l'air que vous respirez, vous-même, tout est fait d'atomes qui ont d'abord été créés à l'intérieur d'étoiles. Quand les scientifiques ont découvert ça, dans la première moitié du 20e siècle, le célèbre astronome Harlow Shapley a fait ce commentaire :