Nous avons tous entendu celui-ci: lorsque vous buvez un verre d'eau, cette eau a déjà traversé un tas de voies digestives d'autres personnes. Peut-être Attila le Hun ou Vlad l'Empaleur; peut-être même un Tyrannosaurus Rex.
Eh bien, la même chose est vraie pour les étoiles et la matière. Toute la matière que nous voyons autour de nous ici sur Terre, même notre propre corps, a traversé au moins un cycle de naissance et de mort stellaires, peut-être plus. Mais quel type d'étoile?
C’est ce qu’une équipe de chercheurs de l’ETH Zurich (Ecole polytechnique fédérale de Zurich) voulait savoir.
L'histoire de notre système solaire a commencé il y a environ 4,5 milliards d'années quand un nuage moléculaire s'est effondré. Au centre de ce nuage effondré, le Soleil a pris vie dans une explosion de fusion, et un disque de gaz et de poussière s'est formé autour de lui. Finalement, toutes les planètes de notre système solaire se sont formées à partir de ce disque protoplanétaire.
Dans ce disque de matière, il y avait des grains de poussière qui s'étaient formés autour de certaines autres étoiles. Ces grains spéciaux ont été répartis de manière inégale sur le disque, «comme le sel et le poivre», selon Maria Schönbächler, professeur à l'Institut de géochimie et de pétrologie de l'ETH Zurich. À mesure que les planètes du système solaire se formaient, chacune contenait son propre mélange de gaz et de poussière, et de ces grains spéciaux.
Les progrès des techniques de mesure permettent aux scientifiques de détecter le matériau à partir duquel les planètes se sont formées et de déterminer son origine. Tout se résume aux isotopes. Un isotope est un atome d'un élément donné avec le même nombre de protons dans son noyau, mais un nombre différent de neutrons. Par exemple, il existe différents isotopes du carbone, comme le C13 et le C14. Alors que tous les isotopes de carbone ont 6 protons, C13 a 7 neutrons tandis que C14 a 8 neutrons.
Le mélange de différents isotopes dans une planète - pas seulement du carbone mais aussi d'autres éléments - est comme une empreinte digitale. Et cette empreinte digitale peut en dire beaucoup sur les origines d'un corps.
"Stardust a des empreintes digitales vraiment extrêmes et uniques - et parce qu'il s'est propagé de manière inégale à travers le disque protoplanétaire, chaque planète et chaque astéroïde ont eu leur propre empreinte digitale lors de sa formation", a déclaré Schönböchler dans un communiqué de presse.
Au fil des ans, les scientifiques ont étudié ces empreintes digitales sur Terre et dans les météorites. Les comparaisons entre les deux révèlent comment les étoiles géantes rouges mortes depuis longtemps ont contribué à la formation de la Terre et à tout ce qui s'y trouve. Nous y compris.
Les scientifiques ont pu comparer ces anomalies isotopiques entre la Terre et les météorites pour de plus en plus d'éléments. Schönböchler et les autres scientifiques derrière une nouvelle étude ont examiné des météorites qui faisaient partie du noyau des astéroïdes détruits depuis longtemps. Ils se sont concentrés sur l'élément palladium.
Des études antérieures menées par d'autres scientifiques ont examiné les rapports isotopiques pour d'autres éléments, comme le ruthénium et le molybdène, qui sont les voisins du palladium sur le tableau périodique. Ces résultats antérieurs ont permis à l’équipe de Schönböchler de prédire ce qu’ils trouveraient en recherchant des isotopes de palladium.
Ils s'attendaient à des quantités similaires de palladium mais ont eu une surprise.
«Les météorites contenaient des anomalies au palladium beaucoup plus petites que prévu», explique Mattias Ek, postdoctorant à l'Université de Bristol, qui a effectué les mesures d'isotopes lors de ses recherches doctorales à l'ETH.
Dans son article, l'équipe présente un nouveau modèle pour expliquer ces résultats. Le document est intitulé «L'origine deshétérogénéité des isotopes du processus dans le disque protoplanétaire solaire. » Il a été publié dans la revue Nature Astronomy le 9 décembre 2019. L'auteur principal est Mattias Ek.
Leur modèle montre que même si tout dans notre système solaire a été créé à partir de poussière d'étoiles, un type d'étoile a contribué le plus à la Terre: les géantes rouges ou les étoiles à branches géantes asymptotiques (AGB). Ce sont des étoiles de la même gamme de masse que notre Soleil qui se transforment en géantes rouges lorsqu'elles épuisent leur hydrogène. Notre propre Soleil en deviendra un dans environ 4 ou 5 milliards d'années.
Dans le cadre de leur état final, ces étoiles synthétisent des éléments dans ce qu'on appelle le processus s. Le processus s, ou processus de capture lente des neutrons, crée des éléments comme le palladium et ses voisins sur le tableau périodique, le ruthénium et le molybdène. Sur une note intéressante, le processus s crée ces éléments avec des graines de noyaux de fer, eux-mêmes créés dans les supernovae des générations précédentes d'étoiles.
«Le palladium est légèrement plus volatil que les autres éléments mesurés. En conséquence, moins de ce condensé en poussière autour de ces étoiles, et donc il y a moins de palladium provenant de la poussière d'étoile dans les météorites que nous avons étudiées », dit Ek.
Il y a une plus grande abondance de matière provenant des géants rouges dans la composition de la Terre que dans Mars, ou dans les astéroïdes comme Vesta plus loin dans notre système solaire. La région extérieure contient plus de matériel provenant des supernovae. L'équipe dit qu'elle peut expliquer pourquoi.
"Lorsque les planètes se sont formées, les températures plus proches du Soleil étaient très élevées", explique Schönbächler. Certains grains de poussière étaient plus instables que d'autres, y compris ceux avec des croûtes glacées. Ce type a été détruit dans le système solaire intérieur, près du soleil. Mais la poussière d'étoile des géants rouges était plus stable et résistait à la destruction, elle est donc plus concentrée près du Soleil. Les auteurs disent que la poussière des explosions de supernova est également sujette à s'évaporer plus rapidement car elle est plus petite. Il y en a donc moins dans le système solaire intérieur et sur Terre.
«Cela nous permet d'expliquer pourquoi la Terre possède le plus grand enrichissement de poussière d'étoiles géantes rouges par rapport aux autres corps du système solaire», explique Schönbächler.
Plus:
- Communiqué de presse: Stardust des géants rouges
- Document de recherche: l'origine deshétérogénéité des isotopes du processus dans le disque solaire protoplanétaire
- Space Magazine: Une nouvelle étude éclaire la formation de la Terre et de Mars
