Chaos complet : Les scientifiques dévoilent les débuts du système solaire

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Early Solar System
Les débuts du système solaire

Une impression d’artiste des débuts du système solaire. Crédit : Tobias Stierli / Flaeck / PlanetS

Les débuts chaotiques du système solaire.

Une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’ETH Zurich et le Pôle de recherche national PlanetS a recréé l’histoire des débuts de plusieurs astéroïdes avec plus de précision que jamais. Leurs résultats suggèrent que le système solaire primitif était plus chaotique qu’on ne le pensait jusqu’à présent.

Avant la formation de la Terre et des autres planètes, le jeune soleil était entouré de gaz et de poussières cosmiques. Au fil des millénaires, des fragments de roche de tailles diverses se sont lentement formés à partir de cette poussière. Beaucoup d’entre eux sont devenus des blocs de construction pour les planètes suivantes. D’autres ne sont pas devenues des planètes et continuent aujourd’hui à tourner autour du soleil, comme les astéroïdes de la ceinture d’astéroïdes.

Des échantillons de fer provenant de noyaux d’astéroïdes tombés sur Terre sous forme de météorites ont été analysés par des chercheurs de l’ETH Zurich et du Pôle de recherche national (PRN) PlanetS en collaboration avec une équipe internationale. Ce faisant, ils ont révélé une partie de leur passé précoce, lors de la formation des planètes. Leurs résultats ont été récemment publiés dans la revue Nature Astronomy.

Les témoins des débuts du système solaire

“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 l’auteur principal de l’étude et chercheuse à l’ETH Zurich et au PRN PlanetS, Alison Hunt. “Ils constituent donc une archive, dans laquelle les conditions du système solaire primitif sont préservées”, ajoute Hunt.

Echantillon de météorite de fer

Un des échantillons de météorite de fer que l’équipe a analysé. Crédit : Aurelia Meister

Mais pour débloquer ces archives, les chercheurs ont dû préparer et examiner minutieusement le matériau extra-terrestre. L’équipe a prélevé des échantillons de 18 météorites ferreuses différentes, qui faisaient autrefois partie des noyaux métalliques des astéroïdes. Pour effectuer leur analyse, ils ont dû dissoudre les échantillons afin de pouvoir isoler les éléments palladium, argent et platine pour les analyser en détail. À l’aide d’un spectromètre de masse, ils ont mesuré les abondances des 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. Lorsqu’ils ont commencé à se refroidir, un isotope d’argent spécifique produit par désintégration radioactive a commencé à s’accumuler. En mesurant les rapports actuels des isotopes d’argent dans les météorites de fer, les chercheurs ont pu déterminer à quel moment et à quelle vitesse les noyaux des astéroïdes s’étaient refroidis.

Les résultats ont montré que le refroidissement était rapide et qu’il était probablement dû à de graves collisions avec d’autres corps, qui ont brisé le manteau rocheux isolant des astéroïdes et exposé leurs noyaux métalliques au froid de l’espace. Bien que le refroidissement rapide ait été indiqué par des études précédentes basées sur des mesures d’isotopes d’argent, le moment où il s’est produit n’était pas clair.

“Nos mesures supplémentaires des abondances des isotopes du platine nous ont permis de corriger les mesures des isotopes de l’argent des distorsions causées par l’irradiation cosmique des échantillons dans l’espace. Nous avons donc pu dater le moment des collisions avec plus de précision que jamais”, rapporte Hunt. “Et à notre grande surprise, tous les noyaux astéroïdaux que nous avons examinés avaient été exposés presque simultanément, dans un délai de 7,8 à 11,7 millions d’années après la formation du système solaire”, précise le chercheur.

Les collisions quasi-simultanées des différents astéroïdes ont indiqué à l’équipe que cette période a dû être une phase très perturbée du système solaire. “Tout semble s’être fracassé à ce moment-là”, explique Hunt. “Et nous voulions savoir pourquoi”, ajoute-t-elle.

Du laboratoire à la nébuleuse solaire

L’équipe a envisagé différentes causes en combinant ses résultats avec ceux des simulations informatiques les plus récentes et les plus sophistiquées du développement du système solaire. Ensemble, ces sources ont permis de réduire le nombre d’explications possibles.

“La théorie qui expliquait le mieux cette phase initiale énergique du système solaire indiquait qu’elle était principalement causée par la dissipation de ce qu’on appelle la nébuleuse solaire”, explique Maria Schönbächler, co-auteur de l’étude, membre du PRN PlanetS et professeur de cosmochimie à l’ETH Zurich. “Cette nébuleuse solaire est le reste de gaz qui a été laissé par le nuage cosmique à partir dequi a donné naissance au Soleil. Pendant quelques millions d’années, elle est restée en orbite autour du jeune Soleil jusqu’à ce qu’elle soit emportée par les vents et les radiations solaires”, explique Schönbächler.

Lorsque la nébuleuse était encore là, elle ralentissait les objets en orbite autour du Soleil, un peu comme la résistance de l’air ralentit une voiture en mouvement. Après la disparition de la nébuleuse, les chercheurs suggèrent que l’absence de traînée gazeuse a permis aux astéroïdes d’accélérer et d’entrer en collision les uns avec les autres – comme des auto-tamponneuses passées en mode turbo.

“Notre travail illustre comment l’amélioration des techniques de mesure en laboratoire nous permet de déduire les processus clés qui ont eu lieu dans le système solaire primitif – comme le moment probable de la disparition de la nébuleuse solaire. Les planètes comme la Terre étaient encore en train de naître à cette époque. En fin de compte, cela peut nous aider à mieux comprendre comment nos propres planètes sont nées, mais aussi nous donner des idées sur d’autres planètes en dehors de notre système solaire”, conclut Schönbächler.

Référence : “The dissipation of the solar nebula constrained by impacts and core cooling in planetesimals” par Alison C. Hunt, Karen J. Theis, Mark Rehkämper, Gretchen K. Benedix, Rasmus Andreasen, et Maria Schönbächler, 23 mai 2022, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-022-01675-2

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