Poussières d'étoiles de géantes rouges
Une partie du matériau à partir duquel la Terre s'est formée était de la poussière d'étoiles géantes rouges. C'est ce qu'ont découvert des chercheurs de l'ETH Zurich. Ils peuvent également expliquer pourquoi la Terre contient plus de cette poussière d'étoile que la planète Mars, plus éloignée du Soleil, et que les astéro?des.
Il y a environ 4,5 milliards d'années, un nuage moléculaire interstellaire s'est effondré. En son centre s'est formé le Soleil et, autour, un disque de gaz et de poussière dans lequel se sont formées la Terre et les autres planètes. Dans le matériau interstellaire bien mélangé se trouvaient des grains de poussière exotiques. "Des poussières d'étoiles qui se sont formées autour d'autres soleils", explique Maria Sch?nb?chler, professeure à l'Institut de géochimie et de pétrologie de l'ETH Zurich.
Ces grains de poussière ne représentaient que quelques pour cent de la quantité totale de poussière et étaient répartis de manière inégale dans le disque. "La poussière d'étoile était comme du sel et du poivre", explique la géochimiste, qui est également membre du P?le de recherche national PlanetS. Lorsque les planètes ont été formées, chacune a re?u son propre mélange.
Aujourd'hui encore, les chercheurs peuvent détecter en laboratoire la poussière d'étoile présente à la naissance du système solaire gr?ce à des méthodes de mesure extrêmement précises. Ils étudient certains éléments chimiques et mesurent la proportion de différents isotopes, comme on les appelle. On entend par là les différentes sortes d'atomes d'un élément qui possèdent certes le même nombre de protons dans le noyau, mais un nombre différent de neutrons.
"La répartition de ces isotopes est comme une empreinte digitale", explique Maria Sch?nb?chler : "La poussière d'étoile a des empreintes digitales tout à fait extrêmes et uniques, et parce qu'elle était répartie de manière si inégale, chaque planète et chaque astéro?de a également re?u sa propre empreinte digitale lors de sa formation".
Le palladium étudié dans les météorites
Au cours des dix dernières années, les chercheurs ont pu mettre en évidence ces anomalies dites isotopiques pour un nombre croissant d'éléments lors de l'étude de roches terrestres et de météorites. Le groupe de Maria Sch?nb?chler a étudié des météorites qui faisaient à l'origine partie du noyau d'astéro?des qui ont été détruits il y a longtemps. Elle s'est concentrée sur l'élément palladium.
Auparavant, d'autres équipes avaient étudié des éléments voisins dans le tableau périodique, comme le molybdène et le ruthénium. Il était possible d'en tirer une prédiction pour les résultats du palladium. Mais les mesures ont contredit les prévisions. "Les météorites contenaient des anomalies de palladium beaucoup plus petites que prévu", explique Mattias Ek, qui a notamment effectué les mesures en laboratoire à l'ETH en tant que doctorant et travaille désormais comme postdoctorant à l'université de Bristol, en Grande-Bretagne.
Gr?ce à un nouveau modèle, les chercheurs peuvent expliquer ces résultats, comme ils le rapportent maintenant dans la revue spécialisée "Nature Astronomy". En raison de sa composition, la poussière d'étoile a d? se former principalement dans les étoiles géantes rouges. Il s'agit d'étoiles vieillissantes qui se dilatent parce que le combustible de leur c?ur est épuisé.
Le Soleil deviendra lui aussi une géante rouge dans quatre à cinq milliards d'années. Dans ces étoiles, des processus de capture de neutrons dits lents se produisent et donnent naissance à des éléments plus lourds, comme par exemple le molybdène ou le palladium. "Le palladium est un peu plus volatil que les autres éléments mesurés, c'est pourquoi il s'est moins condensé en poussière et la quantité de palladium de la poussière d'étoile est plus petite dans les météorites étudiées", explique Mattias Ek.
Les chercheurs de l'ETH ont également une explication plausible pour une autre énigme concernant la poussière d'étoile. Sur Terre, il y a comparativement plus de matériaux provenant de géantes rouges que sur Mars ou Vesta et d'autres astéro?des plus loin dans le système solaire. Là, c'est plut?t du matériel provenant d'explosions de supernova qui s'est accumulé.
"Lorsque les planètes se sont formées, les températures étaient assez élevées plus près du soleil", explique Maria Sch?nb?chler. C'est pourquoi les grains de poussière instables, qui avaient par exemple un manteau de glace, se sont évaporés. C'est surtout le matériel interstellaire qui contenait de telles poussières, lesquelles ont été détruites à proximité du Soleil, tandis que les poussières d'étoiles des géantes rouges étaient plus stables et s'y sont donc accumulées. De même, les grains provenant d'explosions de supernovae s'évaporent probablement plus facilement, car ils sont un peu plus petits. "Nous pouvons donc expliquer pourquoi le signal de poussière d'étoile que nous analysons aujourd'hui en laboratoire provient principalement des géantes rouges et est le plus important sur Terre", résume Maria Sch?nb?chler.
L'auteur de ce texte, Barbara Vonarburg, est responsable des relations publiques du P?le de recherche national. page externePlanetS.
Référence bibliographique
Ek M, Hunt AC, Lugaro M, Sch?nb?chler M : The origin of s-process isotope heterogeneity in the solar protoplanetary disk, Nature Astronomy (2019), doi : page externe10.1038/s41550-019-0948-z