En 2011, les scientifiques ont confirmé un soupçon :il y avait une scission dans le cosmos local. Des échantillons du vent solaire ramenés sur Terre par la mission Genesis ont définitivement déterminé que les isotopes de l'oxygène dans le soleil diffèrent de ceux trouvés sur Terre, la lune et les autres planètes et satellites du système solaire.

Au début de l'histoire du système solaire, le matériau qui allait plus tard se fondre en planètes avait été frappé par une forte dose de lumière ultraviolette, ce qui peut expliquer cette différence. D'où vient-il? Deux théories ont émergé :Soit la lumière ultraviolette provenait de notre jeune soleil d'alors, ou il provenait d'une grande étoile voisine dans la pépinière stellaire du soleil.

Maintenant, chercheurs du laboratoire de Ryan Ogliore, professeur assistant de physique en Arts &Sciences à l'Université de Washington à St. Louis, ont déterminé qui était responsable de la scission. C'est probablement la lumière d'une étoile massive morte depuis longtemps qui a laissé cette impression sur les corps rocheux du système solaire. L'étude a été dirigée par Lionel Vacher, chercheur associé postdoctoral au Laboratoire des sciences spatiales du département de physique.

Leurs résultats sont publiés dans la revue Geochimica et Cosmochimica Acta .

« Nous savions que nous étions nés de poussière d'étoiles :C'est, la poussière créée par d'autres étoiles dans notre voisinage galactique faisait partie des éléments constitutifs du système solaire, " dit Ogliore.

« Mais cette étude a montré que lumière des étoiles a également eu un effet profond sur nos origines."

Petite capsule temporelle

Toute cette profondeur a été emballée dans seulement 85 grammes de roche, un morceau d'astéroïde trouvé comme météorite en Algérie en 1990, nommé Afer 094. Astéroïdes et planètes formées à partir du même matériau présolaire, mais ils ont été influencés par différents processus naturels. Les blocs de construction rocheux qui se sont réunis pour former des astéroïdes et des planètes ont été brisés et battus; vaporisé et recombiné; et comprimé et chauffé. Mais l'astéroïde d'où venait Afer 094 a réussi à survivre pendant 4,6 milliards d'années presque indemne.

"C'est l'une des météorites les plus primitives de notre collection, " Vacher a déclaré. "Il n'a pas été chauffé de manière significative. Il contient des régions poreuses et de minuscules grains qui se sont formés autour d'autres étoiles. C'est un témoin fiable de la formation du système solaire."

Afer 094 est également la seule météorite qui contient de la symplectite cosmique, une intercroissance d'oxyde de fer et de sulfure de fer avec des isotopes d'oxygène extrêmement lourds, une découverte importante.

Le soleil contient environ 6 % de plus de l'isotope d'oxygène le plus léger par rapport au reste du système solaire. Cela peut s'expliquer par la lumière ultraviolette qui éclaire les éléments constitutifs du système solaire, séparer sélectivement le monoxyde de carbone gazeux en ses atomes constitutifs. Ce processus crée également un réservoir d'isotopes d'oxygène beaucoup plus lourds. Jusqu'à la symplectite cosmique, cependant, personne n'avait trouvé cette signature isotopique lourde dans des échantillons de matériaux du système solaire.

Avec seulement trois isotopes, cependant, il ne suffisait pas de trouver les isotopes lourds de l'oxygène pour répondre à la question de l'origine de la lumière. Différents spectres ultraviolets auraient pu créer le même résultat.

"C'est à ce moment-là que Ryan a eu l'idée des isotopes du soufre, " dit Vacher.

Les quatre isotopes du soufre laisseraient leurs marques dans des proportions différentes en fonction du spectre de la lumière ultraviolette qui irradie le gaz de sulfure d'hydrogène dans le système proto-solaire. Une étoile massive et une jeune étoile semblable au soleil ont des spectres ultraviolets différents.

La symplectite cosmique s'est formée lorsque la glace sur l'astéroïde a fondu et a réagi avec de petits morceaux de fer-nickel. En plus de l'oxygène, La symplectite cosmique contient du soufre dans le sulfure de fer. Si son oxygène a été témoin de cet ancien processus astrophysique - qui a conduit aux isotopes lourds de l'oxygène - peut-être que son soufre l'a fait, trop.

"Nous avons développé un modèle, " dit Ogliore. " Si j'avais une étoile massive, quelles anomalies isotopiques seraient créées ? Et pour un jeune, étoile semblable au soleil ? La précision du modèle dépend des données expérimentales. Heureusement, d'autres scientifiques ont fait de grandes expériences sur ce qui arrive aux rapports isotopiques lorsque le sulfure d'hydrogène est irradié par la lumière ultraviolette. »

Les mesures des isotopes du soufre et de l'oxygène de la symplectite cosmique dans Afer 094 se sont avérées un autre défi. Les céréales, des dizaines de micromètres et un mélange de minéraux, nécessitait de nouvelles techniques sur deux spectromètres de masse à ions secondaires in situ différents :le NanoSIMS du département de physique (avec l'aide de Nan Liu, maître de conférences en physique) et le 7f-GEO au Département des sciences de la Terre et des planètes, également en Arts &Sciences.

Assembler le puzzle

Cela a aidé à avoir des amis dans les sciences de la terre et des planètes, en particulier David Fike, professeur de sciences de la terre et des planètes et directeur des études environnementales en arts et sciences ainsi que directeur du Centre international de l'énergie, Environnement et durabilité, et Clive Jones, chercheur en sciences de la terre et des planètes.

"Ce sont des experts en mesures in-situ de haute précision des isotopes du soufre pour la biogéochimie, " dit Ogliore. " Sans cette collaboration, nous n'aurions pas atteint la précision dont nous avions besoin pour différencier les scénarios du jeune soleil et des étoiles massives."

Les mesures des isotopes du soufre de la symplectite cosmique étaient cohérentes avec l'irradiation ultraviolette d'une étoile massive, mais ne correspondait pas au spectre UV du jeune soleil. Les résultats donnent une perspective unique sur l'environnement astrophysique de la naissance du soleil il y a 4,6 milliards d'années. Les étoiles massives voisines étaient probablement suffisamment proches pour que leur lumière affecte la formation du système solaire. Une étoile massive aussi proche dans le ciel nocturne semblerait plus brillante que la pleine lune.

Aujourd'hui, nous pouvons regarder vers le ciel et voir une histoire d'origine similaire se dérouler ailleurs dans la galaxie.

"Nous voyons des systèmes planétaires naissants, appelé proplyds, dans la nébuleuse d'Orion qui sont photoévaporées par la lumière ultraviolette des étoiles massives O et B voisines, " dit Vacher.

"Si les proplyds sont trop près de ces étoiles, ils peuvent être déchirés, et les planètes ne se forment jamais. Nous savons maintenant que notre propre système solaire à sa naissance était suffisamment proche pour être affecté par la lumière de ces étoiles, " dit-il. " Mais heureusement, pas trop près. "Ce travail a été soutenu par le McDonnell Center for Space Sciences de l'Université de Washington à St. Louis et la NASA accorde NNX14AF22G.