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Une météorite raconte l'odyssée des grains du disque protoplanétaire

ActualitéClassé sous :Astronomie , turbulence , météorite

Une nouvelle analyse des inclusions riches en aluminium et en calcium présentes dans la fameuse météorite Allende montre que les grains de matière, composant le disque protoplanétaire autour du Soleil il y a 4,5 milliards d'années, voyageaient bien au-delà de leur zone de formation initiale. Une information précieuse pour comprendre la naissance des planètes.

Un échantillon de la météorite d'Allende, la pierre de Rosette de la planétologie. © D. Ball, ASU

Il y a plus de 4,5 milliards d'années, une supernova a explosé dans un jeune amas ouvert d'étoiles. L'onde de choc dans le milieu interstellaire a provoqué l'effondrement de la nébuleuse protosolaire qui devait probablement avoir des caractéristiques similaires à celles observées aujourd'hui dans un globule de Bok. En rotation et parcourue par les champs magnétiques interstellaires, la nébuleuse s'effondre plus vite le long de son axe de rotation que perpendiculairement à lui, ceci en raison de la force centrifuge.

La nébuleuse prend donc l'aspect d'un disque dans lequel les poussières vont s'agglomérer et des grains se former à partir du gaz chauffé par le processus d'effondrement mais qui ne tarde pas à se refroidir pour se condenser. Un gradient thermique et chimique s'instaure donc en fonction de la distance au jeune protosoleil. C'est ainsi que les composés les plus réfractaires donneront naissance aux planètes internes et les plus volatiles aux planètes externes, riches en gaz et glaces.

Un disque protoplanétaire mal compris

Ceci n'est toutefois qu'une version très approximative de ce qui s'est réellement passé et bien des étapes et des scénarios différents décrivent le passage des premiers grains de matières aux planètes, en passant par la formation des planétésimaux (dont une définition parfois donnée est la suivante : un planétésimal est un corps solide formé lors de l'agrégation des planètes dont la cohésion interne est dominée par sa propre gravité et dont la dynamique orbitale demeure suffisamment indépendante des effets de frottement sur le gaz de la nébuleuse circumstellaire. Ceci correspond aux objets de dimension supérieure à environ un kilomètre).

En particulier, l'étape dite hydrodynamique, celle s'étant produite pendant les quelques millions d'années qu'a duré le disque protoplanétaire, n'est pas très bien comprise.

Les vents-X de reconnexion sont des vents de matière générés dans le disque protosolaire proche du Soleil et en forme de X, ce sont eux qui entraîneraient les inclusions réfractaires présentes aujourd'hui dans les chondrites carbonées et riches en calcium et aluminium vers l'extérieur du disque protosolaire selon Frank Shu. © Nancy Hulbirt-Université d'Hawaï

Une façon de poser des contraintes sur les modèles de formation et d'évolution du disque protoplanétaire est d'analyser finement la composition minéralogique et isotopique des météorites les plus primitives. C'est ce que vient de faire avec une sonde ionique une équipe de chercheurs.

Le message des isotopes de l'oxygène

Ils ont ainsi mesuré les abondances de 17O et 16O, des isotopes de l'oxygène, dans un échantillon micrométrique prélevé dans un des petits globules blanchâtres très réfractaires composés d'aluminium et de calcium. Ces inclusions, baptisées CAI (pour Calcium Aluminum-rich Inclusions en anglais) ont été retrouvées dans la célèbre météorite tombée près du village d'Allende au Mexique, le 8 février 1969. Cette chondrite carbonée, considérée comme la pierre de Rosette de la planétologie, a été trouvée éparpillée sur une superficie de plus de 150 kilomètres carrés dans le district de Chihuahua au Mexique. Des centaines de fragments totalisant une masse de plus de 2 tonnes furent recueillis. 

Les mesures que les chercheurs ont faites s'accordent bien avec la théorie des vents-X de reconnexion de Frank Shu.

Comme on l'a dit, il régnait un gradient chimique et un gradient thermique dans le disque protoplanétaire. Ce qui veut dire que selon le distance au protosoleil, les abondances en isotopes de l'oxygène ne sont pas les mêmes. Si les CAI se sont formées par condensation à la même distance du Soleil, leur composition doit être relativement homogène au niveau de ces isotopes. Or, ce n'est pas ce qui a été trouvé à l'aide de la nouvelle sonde ionique baptisée NanoSIMS (secondary ion mass spectrometer) comme l'expliquent les cosmochimistes dans un article de Science.

Les variations trouvées dans les différentes couches suggèrent que la croissance des CAI s'est faite dans des zones bien différentes. L'inclusion étudiée se serait formée à une distance du Soleil correspondant en gros aujourd'hui à celle de la planète Mercure. Elle se serait ensuite élevée au-dessus du disque protoplanétaire pour retomber au niveau de la ceinture d'astéroïde actuelle et s'inclure enfin dans une météorite, laquelle a ensuite effectuer un voyage la ramenant vers les zones internes du Système solaire où elle a percuté la Terre.

Quel que soit le mécanisme exact expliquant cette migration, il semblerait donc bien que le disque protoplanétaire à l'origine du Système solaire fût un milieu agité par des transferts de matière.

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