Les scientifiques ont découvert un nouveau type de poussière d'étoiles 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 équipe dirigée par des cosmochimistes de Caltech et de l'Université Victoria de Wellington en Nouvelle-Zélande a étudié des agrégats de minéraux anciens dans 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, un isotope léger relativement rare de l'élément strontium qui est ainsi nommé pour les 84 neutrons dans 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 François L. H. Tissot de Caltech, professeur adjoint de géochimie. "Nos résultats indiquent la survie de grains contenant peut-être du strontium-84 pur. C'est excitant, car l'identification physique de ces grains offrirait une chance unique d'en savoir plus sur le processus p. »

Tissot et son collaborateur Bruce L. A. 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. "

Strontium (symbole atomique :Sr), un métal chimiquement réactif, a quatre isotopes stables :le strontium-84 et ses cousins ​​plus lourds qui en ont 86, 87, ou 88 neutrons dans leurs noyaux. 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, 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, qui est 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. Rubidium-87, en revanche, peut être utilisé pour dater les objets les plus anciens de l'univers, et, plus proche de la maison, 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 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 plus grande proportion 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 10 fois inférieur à celui des météorites riches en eau, ce qui implique que la planète s'est accumulée à partir de matériaux pauvres en eau (et donc pauvres en rubidium) ou qu'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 pouvoir démêler 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 de matériau.

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 volatiles serait similaire à celle observée dans les solides les plus anciens du système solaire, les 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, l'aplati, disque tournant de gaz et de poussière dont est né le système solaire. En tant que tel, Les CAl offrent une fenêtre géologique sur comment et à partir de quel type de matériaux stellaires le système solaire s'est formé.

"Ce sont des témoins critiques des processus qui se produisaient pendant la formation du système solaire, " dit 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 CALs, contrairement aux 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 cause la validité du système de datation rubidium-strontium. Et ils soulèvent également une question clé :pourquoi sont-ils différents ?

Pour apprendre plus, Tissot et Charlier ont pris neuf spécimens de CAl dits à grain fin. Les CAI à grain fin ont conservé leur condensat (c'est-à-dire texture semblable à un 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, " dit Charlier. " Mais le nœud de ce que nous avons trouvé est, une fois que vous avez supprimé 99 % des composants communs 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, Tissot et Charlier ont conclu, doit s'être formé 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, vaporisé, puis condensé 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 pauvres en matières volatiles ont plus de strontium-87 que les CAI, privilégiant le scénario dans lequel la Terre s'accréterait avec plus d'eau et d'éléments volatils, qui ont ensuite été perdus dans les premiers millions d'années après leur formation.

Les Avancées scientifiques L'article s'intitule « Survie des porteurs de p-nucléides présolaires dans la nébuleuse révélée par la lixiviation progressive des inclusions réfractaires d'Allende ».