Avant la formation de la Terre et des autres planètes, le jeune soleil était encore entouré de gaz et de poussière cosmiques. Au fil des millénaires, des fragments de roche de différentes tailles se sont formés à partir de la poussière. Beaucoup d’entre eux sont devenus des blocs de construction pour les planètes ultérieures. D’autres ne sont pas devenus une partie d’une planète et orbitent encore autour du soleil aujourd’hui, par exemple en tant qu’astéroïdes dans la ceinture d’astéroïdes.
Des chercheurs de l’ETH Zurich et du Pôle de recherche national (NCCR) PlanetS, en collaboration avec une équipe internationale, ont analysé des échantillons de fer provenant des noyaux d’astéroïdes qui ont atterri sur Terre sous forme de météorites. Ce faisant, ils ont dévoilé une partie de leur histoire ancienne à l’époque où les planètes se sont formées. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Astronomie naturelle.
Témoins du système solaire primitif
« Des études scientifiques antérieures ont montré que les astéroïdes du système solaire sont restés relativement inchangés depuis leur formation, il y a des milliards d’années », explique Alison Hunt, auteur principal de l’étude et chercheur à l’ETH Zurich et au NCCR PlanetS. « Ils sont donc une archive, dans laquelle les conditions du système solaire primitif sont préservées », explique Hunt.
Mais pour déverrouiller ces archives, les chercheurs ont dû préparer et examiner minutieusement le matériel extraterrestre. L’équipe a prélevé des échantillons de 18 météorites de fer différentes, qui faisaient autrefois partie des noyaux métalliques des astéroïdes. Pour effectuer leur analyse, ils ont dû dissoudre les échantillons pour pouvoir isoler les éléments Palladium, Argent et Platine pour leur analyse détaillée. À l’aide d’un spectromètre de masse, ils ont mesuré les abondances de différents isotopes de ces éléments. Les isotopes sont des atomes distincts d’éléments donnés, dans ce cas le palladium, l’argent et le platine, qui partagent tous le même nombre de protons dans leur noyau mais dont le nombre de neutrons varie.
Au cours des premiers millions d’années de notre système solaire, les noyaux métalliques des astéroïdes ont été chauffés par la désintégration radioactive des isotopes. Alors qu’ils commençaient à se refroidir, un isotope d’argent spécifique produit par désintégration radioactive a commencé à s’accumuler. En mesurant les rapports isotopiques d’argent actuels dans les météorites de fer, les chercheurs ont pu déterminer à la fois quand et à quelle vitesse les noyaux d’astéroïdes s’étaient refroidis.
Les résultats ont montré que le refroidissement était rapide et probablement dû à de graves collisions avec d’autres corps, qui ont rompu le manteau rocheux isolant des astéroïdes et exposé leurs noyaux métalliques au froid de l’espace. Alors que le refroidissement rapide avait été indiqué par des études antérieures basées sur des mesures d’isotopes d’argent, le moment n’était pas clair.
« Nos mesures supplémentaires de l’abondance des isotopes du platine nous ont permis de corriger les mesures des isotopes de l’argent pour les distorsions causées par l’irradiation cosmique des échantillons dans l’espace. Nous avons donc pu dater le moment des collisions plus précisément que jamais auparavant », rapporte Hunt. « Et à notre grande surprise, tous les noyaux d’astéroïdes que nous avons examinés ont été exposés presque simultanément, dans un délai de 7,8 à 11,7 millions d’années après la formation du système solaire », explique le chercheur.
Les collisions quasi simultanées des différents astéroïdes ont indiqué à l’équipe que cette période devait être une phase très instable du système solaire. « Tout semble s’être effondré à ce moment-là », déclare Hunt. « Et nous voulions savoir pourquoi », ajoute-t-elle.
Du laboratoire à la nébuleuse solaire
L’équipe a examiné différentes causes en combinant leurs résultats avec ceux des simulations informatiques les plus récentes et les plus sophistiquées du développement du système solaire. Ensemble, ces sources pourraient réduire les explications possibles.
« La théorie qui expliquait le mieux cette première phase énergétique du système solaire indiquait qu’elle était principalement causée par la dissipation de la soi-disant nébuleuse solaire », co-auteur de l’étude, membre du PRN PlanetS et professeur de cosmochimie à l’ETH Zurich, Maria explique Schönbächler. « Cette nébuleuse solaire est le reste de gaz qui restait du nuage cosmique à partir duquel le Soleil est né. Pendant quelques millions d’années, elle a encore tourné autour du jeune Soleil jusqu’à ce qu’elle soit emportée par les vents et les radiations solaires », a déclaré Schönbächler. dit
Alors que la nébuleuse était encore là, elle a ralenti les objets en orbite autour du soleil, de la même manière que la résistance de l’air ralentit une voiture en mouvement. Après la disparition de la nébuleuse, suggèrent les chercheurs, le manque de traînée de gaz a permis aux astéroïdes d’accélérer et de se heurter les uns aux autres, comme des autos tamponneuses qui ont été transformées en mode turbo.
« Notre travail illustre comment les améliorations des techniques de mesure en laboratoire nous permettent de déduire des processus clés qui ont eu lieu dans le système solaire primitif, comme l’heure probable à laquelle la nébuleuse solaire était partie. Des planètes comme la Terre étaient encore en train de naître à En fin de compte, cela peut nous aider à mieux comprendre comment nos propres planètes sont nées, mais aussi nous donner un aperçu des autres en dehors de notre système solaire », conclut Schönbächler.
Alison C. Hunt et al, La dissipation de la nébuleuse solaire contrainte par les impacts et le refroidissement du noyau chez les planétésimaux, Astronomie naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41550-022-01675-2