L’astéroïde Ryugu n’a peut-être pas voyagé aussi loin de son lieu d’origine jusqu’à son orbite proche de la Terre comme on le pensait auparavant. Nouvelle recherche publié dans la revue Avancées scientifiques suggère que Ryugu s’est formé près de Jupiter.
Des études antérieures avaient indiqué une origine au-delà de l’orbite de Saturne. Il y a quatre ans, la sonde spatiale japonaise Hayabusa 2 rapportait sur Terre des échantillons de Ryugu. Des chercheurs dirigés par l’Institut Max Planck de recherche sur le système solaire (MPS) en Allemagne ont comparé les types de nickel trouvés dans ces échantillons ainsi que dans les météorites typiques riches en carbone.
Les résultats montrent une alternative aux idées précédentes sur les lieux de naissance de ces corps : différents astéroïdes riches en carbone pourraient s’être formés dans la même région proche de Jupiter, bien qu’en partie par des processus différents et à environ deux millions d’années d’intervalle.
Depuis décembre 2020, date à laquelle les échantillons de l’astéroïde Ryugu ont été ramenés sur Terre, les quelques grammes de matière ont subi bien des épreuves. Après des examens initiaux au Japon, certains des minuscules grains noir de jais ont été envoyés vers des centres de recherche du monde entier.
Là, ils ont été mesurés, pesés, analysés chimiquement et exposés, entre autres, aux rayonnements infrarouges, aux rayons X et synchroton. Au MPS, les chercheurs examinent les ratios de certains isotopes métalliques dans les échantillons, comme dans la présente étude. Les scientifiques considèrent les isotopes comme des variantes du même élément qui diffèrent uniquement par le nombre de neutrons dans le noyau. Des recherches de ce type peuvent aider à comprendre où Ryugu s’est formé dans le système solaire.
Le voyage de Ryugu à travers le système solaire
Ryugu est un astéroïde géocroiseur. Son orbite autour du Soleil croise celle de la Terre (sans risque de collision). Cependant, les chercheurs supposent que, comme d’autres astéroïdes géocroiseurs, Ryugu n’est pas originaire du système solaire interne, mais y a voyagé depuis la ceinture d’astéroïdes située entre les orbites de Mars et de Jupiter. Les véritables lieux de naissance de la population de la ceinture d’astéroïdes sont probablement encore plus éloignés du soleil, en dehors de l’orbite de Jupiter.
Les « relations familiales » de Ryugu peuvent aider à faire la lumière sur son origine et son évolution future. Dans quelle mesure Ryugu ressemble-t-il aux représentants des classes bien connues de météorites ? Ce sont des fragments d’astéroïdes qui ont parcouru le chemin de l’espace vers la Terre.
Les investigations menées ces dernières années ont révélé une surprise : Ryugu s’inscrit comme prévu dans la grande foule de météorites riches en carbone, les chondrites carbonées. Cependant, des études détaillées de sa composition l’attribuent à un groupe rare : les chondrites dites CI. Celles-ci sont également connues sous le nom de chondrites de type Ivuna, du nom de l’endroit tanzanien où leur représentant le plus connu a été trouvé.
Outre la chondrite Ivuna elle-même, seuls huit autres de ces spécimens exotiques ont été découverts à ce jour. Comme leur composition chimique est similaire à celle du soleil, ils sont considérés comme un matériau particulièrement vierge qui s’est formé à l’extrémité la plus externe du système solaire.
« Jusqu’à présent, nous avions supposé que le lieu d’origine de Ryugu se trouvait également en dehors de l’orbite de Saturne », explique le Dr Timo Hopp, scientifique au MPS, co-auteur de la présente étude, qui a déjà mené des recherches antérieures sur la composition isotopique de Ryugu.
Les dernières analyses des scientifiques de Göttingen dressent désormais un tableau différent. Pour la première fois, l’équipe a étudié les ratios d’isotopes du nickel dans quatre échantillons de l’astéroïde Ryugu et six échantillons de chondrites carbonées. Les résultats confirment la relation étroite entre Ryugu et les chondrites CI. Cependant, l’idée d’un lieu de naissance commun aux confins du système solaire n’est plus convaincante.
Un ingrédient manquant
Que s’était-il passé ? Jusqu’à présent, les chercheurs considéraient les chondrites carbonées comme des mélanges de trois « ingrédients » visibles même à l’œil nu dans des coupes transversales. Enchâssées dans la roche à grains fins, des inclusions rondes de taille millimétrique ainsi que des inclusions plus petites et de forme irrégulière sont densément regroupées. Les inclusions irrégulières sont les premiers matériaux à s’être condensés en amas solides dans le disque de gaz chaud qui tournait autrefois autour du soleil. Les chondres ronds riches en silicates se sont formés plus tard.
Jusqu’à présent, les chercheurs attribuaient les différences de composition isotopique entre les chondrites CI et d’autres groupes de chondrites carbonées à des rapports de mélange différents de ces trois ingrédients. Les chondrites CI, par exemple, sont principalement constituées de roches à grains fins, tandis que leurs frères et sœurs sont nettement plus riches en inclusions. Cependant, comme l’équipe le décrit dans la publication actuelle, les résultats des mesures du nickel ne rentrent pas dans ce schéma.
Les calculs des chercheurs montrent désormais que leurs mesures ne peuvent s’expliquer que par un quatrième ingrédient : de minuscules grains de fer-nickel, qui ont dû également s’accumuler lors de la formation des astéroïdes. Dans le cas de Ryugu et des chondrites CI, ce processus a dû être particulièrement efficace.
« Des processus complètement différents ont dû être à l’œuvre dans la formation des chondrites Ryugu et CI d’une part et des autres groupes de chondrites carbonées d’autre part », explique Fridolin Spitzer du MPS, premier auteur de la nouvelle étude, résumant les idée de base.
Selon les chercheurs, les premières chondrites carbonées ont commencé à se former environ deux millions d’années après la formation du système solaire. Attirés par la force gravitationnelle du soleil encore jeune, la poussière et les premiers amas solides se sont frayés un chemin depuis le bord extérieur du disque de gaz et de poussière vers le système solaire interne, mais ont rencontré un obstacle en cours de route : le Jupiter nouvellement formé.
En dehors de son orbite, les amas les plus lourds et les plus gros se sont notamment accumulés et se sont ainsi transformés en chondrites carbonées avec leurs nombreuses inclusions. Vers la fin de cette évolution, après environ deux millions d’années, un autre processus a pris le dessus : sous l’influence du soleil, le gaz d’origine s’est progressivement évaporé en dehors de l’orbite de Jupiter, entraînant une accumulation principalement de poussière et de grains de fer-nickel. Cela a conduit à la naissance des chondrites CI.
« Les résultats nous ont beaucoup surpris. Nous avons dû repenser complètement, non seulement en ce qui concerne Ryugu, mais aussi en ce qui concerne l’ensemble du groupe des chondrites CI », explique le Dr Christoph Burkhard du MPS.
Les chondrites CI n’apparaissent plus comme des parents éloignés et quelque peu exotiques des autres chondrites carbonées de la limite la plus externe du système solaire, mais plutôt comme des frères et sœurs plus jeunes qui peuvent s’être formés dans la même région, mais par un processus différent et plus tard.
« L’étude actuelle montre à quel point les recherches en laboratoire peuvent être cruciales pour déchiffrer l’histoire de la formation de notre système solaire », déclare le professeur Thorsten Kleine, directeur du département des sciences planétaires du MPS et co-auteur de l’étude.
Plus d’informations :
Fridolin Spitzer et al, La composition isotopique Ni de Ryugu révèle une région d’accrétion commune pour les chondrites carbonées, Avancées scientifiques (2024). DOI : 10.1126/sciadv.adp2426. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp2426