Les Météorites Révèlent l'Origine du Système Solaire |
La génèse du Système Solaire se trouve à portée de main. Car elle est inscrite dans des roches accessibles à tous : les météorites. Depuis plus de 4,5 milliards d'années, ces fragments convoités par les scientifiques et les collectionneurs n'ont pas subi la moindre transformation. En les étudiants, les astronomes ont récemment réussi à décrypter des informations capitales pour comprendre comment le Système solaire est apparu.
Quels étaient les ancêtres du Système solaire ? Sans doute une petite grappe stellaire, formée d'étoiles 2 à 3 fois plus massives que le Soleil, foi de météorites (->).
Découverte en Australie il y a quarante ans, la météorite de Murchison vient, au début de l'été 2009, de livrer son secret le plus précieux à une équipe de l'université de Chicago. Elle a révélé que les éléments qui ont formé le Système solaire viennent en bonne partie d'un groupe d'étoiles plus anciennes et un peu plus massives que le Soleil. Quasi simultanément, une équipe du Muséum national d'histoire naturelle (MNHN) a compris, grâce à une autre pierre céleste, la météorite de Semarkona, que des supernovae avaient "pollué" la nébuleuse à partir de laquelle nos planètes se sont formées. Deux découvertes fondamentales qui permettent aujourd'hui, en se basant sur l'étude de ces roches tombées du ciel, de raconter toute l'histoire du Système solaire.
3 MILLIARDS D'ANNÉES AVANT LE SOLEIL, DES GRAPPES D'ÉTOILES S'ALLUMENT
Il y a 7 à 8 milliards d'années, des dizaines d'étoiles, regroupées en petits amas, s'allument les unes après les autres. Elles sont chacune 2 à 3 fois plus massives que le Soleil. Mais, seulement deux à trois milliards d'années plus tard, elles agonisent. Arrivées au bout de la fusion de leur hydrogène, elles se métamorphoses en géantes rouges et expulsent de grandes quantités de gaz et de poussières. Pendant 200 millions d'années, cette matière présolaire navigue dans l'espace. Puis, elle pénètre dans le nuage moléculaire au sein duquel le Soleil va naître. En se mêlant à cette matière endémique, elle contribue à former le matériau gazeux et poussiéreux du disque protoplanétaire, le constituant des planètes. Seuls quelques-uns de ces grains exotiques résisteront à l'harmonisation et conserveront la trace de leur étoile d'origine.
TÉMOIN HISTORIQUE : LA MÉTÉORITE DE MURCHISON
Ce sont ces grains présolaires pas plus grands que 1 micron que les chercheurs ont retrouvé dans certaines météorites, dont celle de Murchison, une chondrite carbonée (Voir infographie) tombée en Australie en 1969. à l'aide d'un spectromètre, Philip Heck, de l'université de Chicago, est parvenu à dater 22 d'entre eux. Plus précisément, il a déterminé combien de temps ces grains ont séjourné dans le milieu interstellaire entre leur éjection par l'étoile et leur incorporation dans la nébuleuse solaire primitive. Pour ce faire, ils ont analysé leur teneur en néon 21 et en thilium 3, deux isotopes de gaz rares produits uniquement lorsque les grains sont frappés par les rayons cosmiques. Comme le flux de ces rayons est stable au fil du temps, la teneur en néon 21 et le thilium 3 indique la durée du séjour dans le milieu interstellaire. Le résultat est surprenant. "Nous pensions auparavant que le séjour des grains présolaires avait duré un moins 500 millions d'années, explique Philip Heck. Or, il est bien plus bref : entre 2 et 200 millions d'années selon les grains. Ces données nous ont permis d'affiner le portrait des parents du Soleil. Aujourd'hui, nous estimons donc qu'il s'agit de tout un groupe d'étoifes 2 à 3 fois plus massives que le Soleil, qui n'ont vécu que 2 à 3 milliards d'années avant de se disperser en ensemençant l'espace".
Reste à comprendre pourquoi ces astres étaient si nombreux. C'est à cause de la collision entre notre galaxie et ses satellites, estime Donald Clayton, de l'université Clemson (Caroline du Sud), cosignataire de l'article de Philip Heck publié dans l'Astrophysical Journal. Tous les grains présolaires analysés jusqu'à maintenant n'ont ni la signature isotopique de la Voie lactée, ni celle du Petit ou du Grand Nuage de Magellan, mais celle d'un savant mélange des deux. L'hypothèse nécessite toutefois d'être confirmée. Spécialiste des collisions galactiques à l'observatoire de Paris-Meudon, Françoise Combes souligne : "D'autres mécanismes peuvent engendrer une flambée d'étoiles, par exemple lorsqu'une galaxie voit sa barre centrale déstabilisée ou lorsqu'elle accrète du gaz intergalactique. Il n'est pas forcément nécessaire de faire intervenir une collision". Affaire à suivre...
10 MILLIONS D'ANNÉES AVANT LE SOLEIL, DES SUPERNOVAE EXPLOSENT EN SÉRIE
La plupart des étoiles parentes du Soleil sont mortes et ont enrichi le milieu interstellaire de leur substrat. Mais le nuage moléculaire dans lequel naîtra le Système solaire n'est encore qu'une nébuleuse diffuse. Il faut un événement extérieur pour qu'il amorce la métamorphose qui va faire de lui, plus tard, une étoile entourée de planètes. à environ 100 années-lumière de là, des supernovae explosent en cascade. Les ondes de choc successives compriment le gaz interstellaire en plusieurs nuages denses qui, emportés par leur propre gravité, commencent à s'effondrer sur eux-mêmes.
Au sein de l'un de ces nuages moléculaires, un objet grossit et s'allume : le Soleil. Ce “grumeau” gazeux a englobé les grains présolaires éjectés par les étoiles parentes. Mais il est également "pollué" par les éléments radioactifs éjectés à grande vitesse (jusqu'à 10.000 km/s) par les supernovae. Parmi ces éléments radioactifs, le fer 60 a une décroissance très rapide. En 2,4 millions d'années, la moitié de ses atomes se transforment en nickel 60. Mais les supernovae qui l'on produit l'ont éjecté suffisamment vite pour qu'il n'est pas décru totalement au moment où il a fait son entrée dans le berceau du Soleil. Tout comme les grains présolaires, il sera incorporé aux planétésimaux.
TÉMOIN HISTORIQUE : LA MÉTÉORITE DE SEMARKONA
Aujourd'hui, les chercheurs retrouvent la trace de nickel 60 dans les météorites. "Nous savons depuis plusieurs années qu'il est présent notamment dans la météorite de Semarkona, une chondrire ordinaire, raconte Matthieu Gounelle, du MNHN. Cela nous posait un problème car, pour expliquer la présence d'un matériau à la décroissance si rapide, il fallait invoquer l'existence d'une source ultraproche. Les modèles faisaient intervenir une supernova située à seulement 1 année-lumière". Une hypothèse hautement improbable : un tel cataclysme aurait soufflé le berceau du Soleil avant que celui-ci n'ait eu le temps de pousser son premier cri.
"Notre sinwlation numérique montre que plusieurs supernovae plus lointaines, situées à quelque 100 années-lumière, donnent le même résultat, poursuit Matthieu Gounelle : le fer 60 qu'elles ont produit arrive dans le nuage moléculaire du Soleil avant d'avoir eu le temps de décroître complètement. De plus, cela explique comment le berceau solaire s'est constitué : par la compression du gaz interstellaire par ces mêmes supernovae lointaines".
IL Y A 4,567 MILLIARDS D'ANNÉES, LE SYSTÈME SOLAIRE PREND FORME
Le Soleil, encore au stade d'objet dense, est en passe de naître. En son cour, sous l'effet de la pression, la température grimpe irrémédiablement. Bientôt, quand elle aura atteint 10 millions de degrés, des réactions de fusion nucléaire s'enclencheront : quatre atomes d'hydrogène donneront un atome d'hélium. Le Soleil s'allumera.
En attendant, à quelques millions de kilomètres de là, dans le disque protoplanétaire, les tout premiers solides du Système solaire se forment. On les appelle les inclusions alumino-calciques. Ce sont de microscopiques poussières de silicates composées d'aluminium et de calcium, qui se sont condensées alors que la température dans le disque avoisinait encore les 1500°C. D'après les spécialistes, c'est la formation de ces premiers solides et non l'amorce de la fusion nucléaire au sein du Soleil qui marque l'instant zéro du Système solaire. Il serait donc né voici exactement 4,567 milliards d'années.
TÉMOIN HISTORIQUE : TOUTES LES MÉTÉORITES DE TYPE CHONDRITE
Si les astronomes sont parvenus à dater si précisément la formation des premiers solides, c'est encore grâce aux chondrites, ces météorites issues d'astéroïdes trop petits pour avoir été différenciés, et qui conservent donc la mémoire des tous premiers temps. Leur méthode : mesurer la décroissance des éléments radioactifs présents dans les chondrites, tel l'uranium 238, ou encore l'aluminium 26, isotope réparti de façon homogène dans la nébuleuse solaire, comme l'ont montré cet été des chercheurs du CNRS.
Deux millions d'années plus tard, voici 4,565 milliards d'années, un autre événement microscopique se produit : des ondes de choc parcourant le disque à près de 100.000 km/h font fondre des petites poussières de silicates et de métal qui, du coup, s'agglomérent. Ces petites billes, en se refroidissant, forment les chondres, que l'on retrouve dans toutes les météorites non différenciées.
Par quel phénomène expliquer ces ondes de choc ? "Elles pourraient être dues au développement de bras spiraux dans le disque ou au déplacement à très grande vitesse de planétésimaux suppose Matthieu Gounelle. Ce qui voudrait dire que les planétésimaux, ces briques élémentaires des planètes de plusieurs dizaines de mètres de diamètre, étaient déjà formés". C'est possible, admet l'astronome Alessandro Morbidelli. Nous ne connaissons pas bien l'enchaînement des événements après la formation des inclusions alumino-calciques. Il est possible qu'elle ait été directement suivie par la formation des planétésimaux. Ceux-ci ont très bien pu s'agglomérer lorsque des poussières se sont très rapidement condensées de façon sporadique dans le disque à la faveur de turbulences". Un scénario qui permettrait d'ailleurs de résoudre le vieux casse-tête de la formation des planétésimaux. Car, dans les simulations numériques, ils se disloquent dès qu'ils atteignent 1 m de diamètre.
3 MILLIONS D'ANNÉES APRÈS LA NAISSANCE DU SYSTÈME SOLAIRE, LES PLANÈTES SE FORMENT
Le Système solaire est désormais parsemé d'énormes astéroïdes de plusieurs centaines de kilomètres de diamètre. Tous les éléments radioactifs qu'ils contiennent, souvenir des supernovae qui ont ensemencé le berceau du Soleil, décroissant en différents isotopes. Ce faisant, ils dégagent une grande quantité de chaleur qui fait fondre la roche. Pour chaque mastodonte, c'est la même histoire : les éléments les plus lourds (principalement le fer et le plomb) tombent vers le centre, formant un cour. Quant aux plus légers, ils restent en surface et forment une croûte. Entre les deux couches gisent les éléments intermédiaires, c'est le manteau. Ce processus est appelé la différenciation.
TÉMOIN HISTORIQUE : MÉTÉORITES DE TYPE ACHONDRITE, MÉTÉORITES MARTIENNES ET LUNAIRES
Grâce à des météorites de fer, des météorites mixtes et des météorites de type Vesta, issues respectivement du cour, du manteau et de la croûte des astéroïdes différenciés, les chercheurs sont parvenus à dater le processus qui a débuté 3 millions d'années après la création des inclusions alumino-calciques, premiers éléments à se former dans le processus de création des planètes.
À quand remonte la formation des planètes, issues de l'accrétion de ces gros astéroïdes ? Mars semble avoir été l'une des premières planètes telluriques à se former. "Bien que les météorites martiennes dont nous disposons proviennent de la surface de Mars, leur composition chimique et isotopique permet de préciser la nature et le temps de formation du noyau métallique, explique Matthieu Gounelle. Elle a eu lieu moins de 10 millions d'années après celle du Système solaire".
Comment dater la Terre, dont les éléments primordiaux ont été totalement transformés par l'activité géothermique, l'érosion et même la biodiversité de cette planète vivante ? Grâce à la Lune ! Les météorites lunaires, et surtout les échantillons rapportés lors des missions Apollo, indiquent que les plus anciennes roches lunaires datent de 60 à 100 millions d'années. Or, on estime que la Terre n'avait pas encore terminé sa formation lorsqu'elle a été percutée par un corps de la taille de Mars, et que la Lune est née de cette violente étreinte.
E.M - CIEL & ESPACE > Octobre > 2009 |