Les scientifiques ont découvert un nouveau type de poussière d’étoile dont la composition indique qu’elle s’est formée au cours d’une forme rare de nucléosynthèse (le processus par lequel de nouveaux noyaux atomiques sont créés) et pourrait apporter un nouvel éclairage sur l’histoire de l’eau sur Terre.
Une vue latérale de la météorite Allende, affichant les inclusions blanches de CAl. Crédit image : Caltech
Une équipe dirigée par des cosmochimistes de Caltech et de l’Université Victoria de Wellington en Nouvelle-Zélande a étudié des agrégats de minéraux anciens au sein de la météorite Allende (qui est tombée sur Terre en 1969) et a découvert que beaucoup d’entre eux contenaient des quantités inhabituellement élevées de strontium-84, une lumière relativement rare. isotope de l’élément strontium qui est ainsi nommé pour les 84 neutrons de son noyau.
« Le strontium-84 fait partie d’une famille d’isotopes produits par un processus nucléosynthétique, nommé le p-processus, qui reste mystérieux », dit Caltech François LH Tissot, professeur adjoint de géochimie. « Nos résultats indiquent la survie de grains contenant peut-être du strontium-84 pur. C’est passionnant, car l’identification physique de ces grains offrirait une chance unique d’en savoir plus sur le processus p.
Une inclusion CAI dans la météorite Allende. Cette inclusion contient du strontium, qui a été isolé et étudié par Tissot et ses collègues
Tissot et son collaborateur Bruce LA Charlier de l’Université Victoria de Wellington sont co-auteurs principaux d’une étude décrivant les résultats publiés dans Avancées scientifiques le 9 juillet.
« C’est vraiment intéressant », dit Charlier. « Nous voulons savoir quelle est la nature de ce matériau et comment il s’intègre dans le mélange d’ingrédients qui ont formé la recette des planètes. »
Le strontium (symbole atomique : Sr), un métal chimiquement réactif, possède quatre isotopes stables : le strontium-84 et ses cousins plus lourds qui ont 86, 87 ou 88 neutrons dans leur noyau. Les scientifiques ont découvert que le strontium est utile lorsqu’ils tentent de dater des objets du système solaire primitif, car l’un de ses isotopes lourds, le strontium-87, est produit par la désintégration de l’isotope radioactif rubidium-87 (symbole atomique : Rb).
Le rubidium-87 a une très longue demi-vie, 49 milliards d’années, soit plus de trois fois l’âge de l’univers. La demi-vie représente le temps nécessaire pour que la radioactivité d’un isotope chute à la moitié de sa valeur d’origine, permettant à ces isotopes de servir de chronomètres pour dater des échantillons à différentes échelles de temps. L’isotope radioactif le plus connu utilisé pour la datation est le carbone-14, l’isotope radioactif du carbone ; avec sa demi-vie d’environ 5 700 ans, le carbone 14 peut être utilisé pour déterminer l’âge des matériaux organiques (contenant du carbone) à l’échelle humaine, jusqu’à environ 60 000 ans. Le rubidium-87, en revanche, peut être utilisé pour dater les objets les plus anciens de l’univers et, plus près de nous, les objets du système solaire.
Ce qui est particulièrement intéressant dans l’utilisation de la paire Rb-Sr pour la datation, c’est que le rubidium est un élément volatil, c’est-à-dire qu’il a tendance à s’évaporer pour former une phase gazeuse même à des températures relativement basses, tandis que le strontium n’est pas volatil. En tant que tel, le rubidium est présent en proportion plus élevée dans les objets du système solaire riches en autres substances volatiles (comme l’eau), car ils se sont formés à des températures plus basses.
Contre-intuitivement, la Terre a un rapport Rb/Sr qui est 10 fois inférieur à celui des météorites riches en eau, ce qui implique que la planète s’est soit accumulée à partir de matériaux pauvres en eau (et donc pauvres en rubidium), soit elle s’est accumulée à partir de matériaux riches en eau mais a perdu la plupart de son eau au fil du temps ainsi que son rubidium. Comprendre lequel de ces scénarios a eu lieu est important pour comprendre l’origine de l’eau sur Terre.
En théorie, le chronomètre Rb-Sr devrait être capable de distinguer ces deux scénarios, car la quantité de Sr-87 produite par la désintégration radioactive dans un laps de temps donné ne sera pas la même si la Terre a commencé avec beaucoup de rubidium par rapport à moins. du matériel.
Dans ce dernier scénario, c’est-à-dire avec moins de rubidium, la Terre nouvellement formée aurait été pauvre en substances volatiles telles que l’eau, ainsi la quantité de Sr-87 dans la terre et dans les météorites pauvres en substances volatiles serait similaire à celle observée dans les plus anciennes -les solides connus du système solaire, appelés CAI. Les CAI sont des inclusions riches en calcium et en aluminium trouvées dans certaines météorites. Datant de 4,567 milliards d’années, les CAI représentent les premiers objets qui se sont condensés dans la nébuleuse solaire primitive, le disque aplati et rotatif de gaz et de poussière à partir duquel le système solaire est né. En tant que tels, les CAL offrent une fenêtre géologique sur la façon dont et à partir de quel type de matériaux stellaires le système solaire s’est formé.
«Ce sont des témoins essentiels des processus qui se sont produits pendant la formation du système solaire», explique Tissot.
Cependant, la composition des CAI a longtemps brouillé la capacité des scientifiques à déterminer si la Terre s’est formée principalement à sec ou non. C’est parce que les CAl, contrairement à d’autres matériaux du système solaire, ont des rapports anormaux des quatre isotopes du strontium, avec une proportion légèrement élevée de strontium-84. Ainsi, ils remettent en question la validité du système de datation rubidium-strontium. Et ils soulèvent également une question clé : pourquoi sont-ils différents ?
Pour en savoir plus, Tissot et Charlier ont prélevé neuf spécimens de CAl dits à grain fin. Les CAI à grain fin ont conservé leur texture de condensat (c’est-à-dire en forme de flocon de neige), ce qui témoigne de leur nature vierge.
L’équipe a minutieusement lessivé ces CAI en les baignant dans des acides progressivement plus durs pour éliminer les minéraux les plus réactifs chimiquement (et le strontium qu’ils contiennent), ne laissant qu’un concentré de la fraction la plus résistante. L’échantillon final contenait du Sr-84 presque pur, tandis qu’un échantillon typique est composé de 0,56 pour cent de Sr-84.
« La lixiviation par étapes est un peu un instrument contondant parce que vous n’êtes pas tout à fait sûr de ce que vous détruisez exactement à chaque étape », explique Charlier. « Mais le nœud de ce que nous avons trouvé est qu’une fois que vous avez supprimé 99 % des composants communs au sein des CAI, il nous reste quelque chose de très exotique auquel nous ne nous attendions pas. »
« La signature ne ressemble à rien d’autre trouvé dans le système solaire », dit Tissot. Les grains portant cette signature, ont conclu Tissot et Charlier, doivent s’être formés avant la naissance du système solaire et avoir survécu à ce processus cataclysmique au cours duquel les grains stellaires ont été chauffés à des températures extrêmement élevées, vaporisés, puis condensés en matériaux solides.
Compte tenu de l’abondance relative du strontium-84, la découverte indique l’existence probable dans les météorites de grains de taille nanométrique contenant du strontium-84 presque pur qui se sont formés au cours d’un processus nucléosynthétique rare avant la formation du système solaire lui-même. La nature de ces grains est encore un mystère, car seule leur composition isotopique en strontium révèle leur existence. Mais les niveaux élevés de Sr-84 dans les CAI suggèrent que la Terre et les météorites volatiles ont plus de strontium-87 que les CAI, ce qui favorise le scénario dans lequel la Terre s’est accumulée avec plus d’eau et d’éléments volatils, qui ont ensuite été perdus au cours des premiers millions ans après leur formation.
Écrit par Robert Perkins
La source: Caltech
