Des nouvelles recherches révèlent les conditions qui régnaient au sein du système solaire primitif

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Des perles de verre dans des météorites aident les scientifiques à comprendre comment le système solaire s’est formé.


Coupe transversale d’un morceau de la météorite d’Allende, contenant des billes de verre appelées chondres. Des scientifiques de l’Université de Chicago ont analysé ces chondres pour trouver de nouveaux indices sur l’évolution de notre système solaire. Photo © James St. John

Depuis que les scientifiques ont commencé à regarder les météorites avec des microscopes, ils ont été intrigués – et fascinés – par ce qu’il y a à l’intérieur. La plupart des météorites sont constituées de minuscules billes de verre qui remontent aux premiers jours du système solaire, avant même la formation des planètes.

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Des scientifiques de l’Université de Chicago ont publié une analyse expliquant comment ces perles, que l’on trouve dans de nombreuses météorites, ont vu le jour et ce qu’elles peuvent nous dire sur ce qui s’est passé au début du système solaire. “Ce sont de grandes questions”, a déclaré Nicole Xike Nie, ancienne étudiante de UChicago, PhD’19, boursière postdoctorale à la Carnegie Institution for Science et premier auteur de l’étude. “Les météorites sont des instantanés qui peuvent révéler les conditions que cette première poussière a connues, ce qui a des implications pour l’évolution de la Terre et d’autres planètes”.

«Cette question remonte à 50 ans»

Les billes de verre à l’intérieur de ces météorites sont appelées chondres. Les scientifiques pensent qu’il s’agit de morceaux de roche laissés par les débris qui flottaient il y a des milliards d’années, qui se sont finalement fondus dans les planètes que nous connaissons et aimons maintenant. Ceux-ci sont extrêmement utiles aux scientifiques, qui peuvent mettre la main sur des morceaux de l’étoffe originale qui constituaient le système solaire, avant que le roulement constant des volcans et des plaques tectoniques de la Terre ne modifie toute la roche que nous pouvons trouver sur la planète elle-même.

Mais la cause exacte de la formation de ces chondres reste incertaine. “Nous avons les mêmes théories qu’il y a 50 ans”, a déclaré Timo Hopp, co-auteur de l’étude et chercheur postdoctoral à UChicago. “Même s’il y a eu des progrès dans de nombreux autres domaines, celui-ci a été têtu”. Les scientifiques peuvent trouver des indices sur les premiers jours du système solaire en examinant les types d’un élément donné dans une roche. Les éléments peuvent se présenter sous plusieurs formes différentes, appelées isotopes, et la proportion dans chaque roche varie en fonction de ce qui s’est passé lorsque cette roche est née – à quel point il faisait chaud, qu’il s’est refroidi lentement ou qu’il a été gelé, quels autres éléments étaient autour d’interagir avec ça. À partir de là, les scientifiques peuvent reconstituer une histoire d’événements probables.

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Pour essayer de comprendre ce qui était arrivé aux chondres, Nie, Hopp et d’autres scientifiques du Dauphas Origins Lab à UChicago ont essayé d’appliquer un angle unique aux isotopes. Tout d’abord, Nie a pris des mesures extrêmement rigoureuses et précises des concentrations et des isotopes de deux éléments appauvris dans les météorites, le potassium et le rubidium, ce qui a permis de réduire les possibilités de ce qui aurait pu se produire au début du système solaire.

À partir de ces informations, l’équipe a reconstitué ce qui devait se passer lorsque les chondres se sont formés. Les éléments auraient fait partie d’un amas de poussière suffisamment chaud pour fondre, puis se vaporiser. Ensuite, au fur et à mesure que le matériau refroidissait, une partie de cette vapeur s’est refondue en chondres. “Nous pouvons également vous dire à quelle vitesse il s’est refroidi, car il était suffisamment rapide pour que tout ne se condense pas”, a déclaré Nicolas Dauphas, professeur de sciences géophysiques à l’Université de Chicago. “Cela doit signifier que la température baissait à un rythme d’environ 500 degrés Celsius par heure, ce qui est très rapide”.

Une conception d’artiste montre de la poussière et des débris flottant autour d’une jeune étoile, semblable à ce à quoi auraient pu ressembler les premiers jours de notre système solaire. © Illustration par NASA/SOFIA/Lynette Cook

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Sur la base de ces contraintes, les scientifiques peuvent théoriser quel type d’événement aurait été suffisamment soudain et violent pour provoquer ce réchauffement et ce refroidissement extrêmes. Un scénario qui conviendrait serait des ondes de choc massives traversant la première nébuleuse. “Les grands corps planétaires à proximité peuvent créer des chocs, qui auraient chauffé puis refroidi la poussière lors de son passage”, a déclaré Dauphas. Au cours du dernier demi-siècle, les gens ont proposé différents scénarios pour expliquer la formation des chondres – la foudre ou les collisions entre les roches – mais cette nouvelle preuve fait pencher la balance en faveur des ondes de choc comme explication.

Cette explication peut être la clé pour comprendre une découverte persistante qui tourmente les scientifiques depuis des décennies, impliquant une catégorie d’éléments «modérément volatils», notamment le potassium et le rubidium. La Terre contient moins de ces éléments que les scientifiques ne s’y attendraient, sur la base de leur compréhension générale de la formation du système solaire. Ils savaient que l’explication pouvait être attribuée à une chaîne complexe de chauffage et de refroidissement, mais personne ne connaît la séquence exacte. “C’est une énorme question dans le domaine de la cosmochimie”, a déclaré Dauphas.

Maintenant, enfin, l’équipe est heureuse d’avoir mis une brèche significative dans le mystère. “Nous savons que d’autres processus se sont produits – ce n’est qu’une partie de l’histoire – mais cela résout vraiment une étape dans la formation des planètes”, a déclaré Hopp. Nie est d’accord : “C’est vraiment cool de pouvoir dire quantitativement, c’est ce qui s’est passé”. Les autres co-auteurs de l’article provenaient de la Carnegie Institution for Science et de l’Université de Washington.

Voir la publication

Nie et al, “Imprint of Chondrule Formation on the K and Rb Isotopic Compositions of Carbonaceous Meteorites”. Science Advances, Vol. 7, No. 49, Dec. 1, 2021.

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