samedi 11 février 2017

Des météorites magnétiques indiquent la durée de vie de la nébuleuse solaire à l'origine des planètes


Le Soleil et les planètes de notre système sont tous nés ensemble dans un nuage de gaz et de poussières qui s'est condensé sous sa propre masse en formant ce que l'on nomme la nébuleuse solaire. Alors que la partie centrale a formé une étoile, les zones externes se sont condensées et agglomérées pour former les planètes. La durée de ce processus vient d'être estimée et elle apparaît très courte, seulement 4 millions d'années...




L'âge du Soleil est connue avec une bonne précision : 4,567 milliards d'années (un nombre facile à mémoriser). Pour savoir combien de temps a duré la nébuleuse solaire qui accompagnait le jeune soleil, une équipe américaine s'est intéressée à des échantillons de météorites dont l'âge a pu être évalué lui aussi avec une bonne précision : 4,564 milliards d'années, soit 4 millions d'années plus jeune que le soleil. L'élément clé de ces météorites, appelées des angrites, est qu'elles renferment des composés cristallins qui peuvent s'orienter sous l'effet d'un champ magnétique. Les spécialistes peuvent donc retracer quel était le champ magnétique à l'époque où ces cailloux se sont formés. L'âge de ces météorites est connu avec précision car elles renferment une forte abondance d'uranium, dont la décroissance radioactive peut être tracée via la mesure du rapport uranium/plomb, et fournit donc une excellente horloge. Les planétologues et géologues pensent que ces roches exceptionnelles enregistrant le paléomagnétisme et pouvant être datées précisément sont issues d'éruptions ayant eu lieu à la surface d'astéroïdes en formation. Elles ressemblent d'ailleurs à des roches basaltiques. Ces météorites sont rares, il n'en existe que 12 répertoriées. Les chercheurs américains ont exploité des petits échantillons de 4 angrites tombées dans des zones très différentes : en Argentine (où un paysan l'avait gardée pendant 20 ans avant d'en parler), au Brésil, en Antarctique et au Sahara. Trois météorites sur les quatre se sont formées il y a 4,563 milliards d'années.

Le champ magnétique résiduel a été mesuré avec le magnétomètre de précision du Paleomagnetism Laboratory du MIT et il s'est avéré très faible. Pour confirmer quel devait être le champ magnétique à l'époque du refroidissement de ces cailloux, Huapei Wang et ses collègues ont reproduit le processus en chauffant les échantillons à haute température tout en appliquant un champ magnétique de différentes intensités puis en les refroidissant, pour ensuite mesurer la magnétisation résiduelle induite. La conclusion est que le champ magnétique qui devait régner dans le système solaire 4 millions d'années après la naissance du Soleil ne valait que 0,6 microteslas, une valeur extrêmement faible.

Or, en 2014, le même groupe de chercheurs avait analysé d'autres météorites anciennes datant de l'époque où le Soleil n'avait qu'entre 2 et 3 millions d'années et trouvaient un champ magnétique beaucoup plus fort, entre 10 et 100 fois plus. C'est le gaz de la nébuleuse solaire qui est à l'origine de la présence d'un champ magnétique. Les résultats publiés cette semaine dans Science, associés aux précédents de 2014 montrent donc que la nébuleuse solaire a disparue très rapidement, entre 3 et 4 millions d'années après la naissance du Soleil.  
A partir de la connaissance de la durée de vie de la nébuleuse solaire, les astrophysiciens peuvent mieux contraindre la formation des planètes et notamment des deux plus grosses, Jupiter et Saturne.
Les planètes géantes sont formées principalement de gaz et de glace, et il existe deux hypothèses pour expliquer comment toute cette matière s'est assemblée. La première propose que les planètes géantes se sont formées par effondrement gravitationnel de gaz condensé, un peu comme le Soleil. L'autre hypothèse évoque deux phases : d'abord la formation de gros corps de glace et de roche qui une fois suffisamment massifs auraient accrété de grandes quantités de gaz.

Les modèles de formation planétaire disent que la première hypothèse (effondrement gravitationnel de gaz) devrait durer environ 100 000 ans, alors que la seconde doit prendre de l'ordre du million d'années. Si la nébuleuse solaire a disparue seulement au bout de 4 millions d'années, cela laisse donc entendre que c'est plutôt le second processus d'accrétion de gaz autour d'un cœur rocheux qui serait la bonne hypothèse.

Cette jolie étude sur le magnétisme de météorites anciennes permet ainsi de mieux comprendre la formation des planètes géantes. La prochaine étape sera de pouvoir analyser des échantillons directement extraits d'astéroïdes, ce qui sera possible dans quelques années après le retour des missions OSIRIS-REx et Hayabusa 2 qui sont en route vers leur cible. On attend également très bientôt des informations fondamentales de la sonde Juno sur la structure interne de Jupiter.


Référence

Lifetime of the solar nebula constrained by meteorite paleomagnetism
Huapei Wang et al.
Science Vol. 355, Issue 6325 (10 Feb 2017)


Illustrations

1) Vue d'artiste de la nébuleuse solaire NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

2) Échantillon de l'angrite NWA 2999 (Jon Taylor)

4 commentaires :

Francis Bourcelot a dit…

Bonjour,

Je peux comprendre que les planètes soient formées d'eau (H2O) pas très compliqué à faire chimiquement mais les roches comment se sont elles formées ? Merci

Dr Eric SIMON a dit…

Les poussières constituant la nébuleuse solaire sont constituées de petits grains constitués de la matière produite dans des supernovas antérieures. Avant d'exploser, les étoiles massives produisent tous les atomes jusqu'au fer : hélium, lithium, béryllium, carbone, azote, oxygène, fluor, néon, sodium, magnésium, aluminium, silicium, aluminium, silicium, etc.. Les plus abondant étant, outre les résidus d'hydrogène, l'hélium, le carbone et l'oxygène. Ensuite durant le processus de supernova, d'intenses flux de neutrons produisent des réactions secondaires sur ces éléments pour former tous les autres éléments chimiques, jusqu'à l'uranium. Les corps rocheux sont principalement constitués d'oxydes de silicium et de magnésium ou de calcium, avec leur lot d'aluminium, de fer, et tout le reste en plus petites quantités.

sixenligne atmo a dit…

"Trois météorites sur les quatre se sont formées il y a 4,653 milliards d'années."

Une petite coquille car les chiffres ne collent avec l'explication : je pense qu'il faut lire 4.563 milliards d'années sinon les météorités auraient été créées 86 millions d'années avant que la nébuleuse solaire ne se forme ;)

Dr Eric SIMON a dit…

Merci pour votre lecture attentive! J'ai corrigé mes coquilles (ainsi que celle sur les plantes géantes ;-)) )