Au début du système solaire, un "disque protoplanétaire" de poussière et de gaz a tourné autour du soleil et s'est finalement fondu dans les planètes que nous connaissons aujourd'hui.

Une nouvelle analyse d'anciennes météorites par des scientifiques du MIT et d'ailleurs suggère qu'un mystérieux trou existait au sein de ce disque il y a environ 4,567 milliards d'années, près de l'endroit où se trouve aujourd'hui la ceinture d'astéroïdes.

Les résultats de l'équipe, apparaissant aujourd'hui dans Avancées scientifiques , fournir des preuves directes de cet écart.

"Au cours de la dernière décennie, les observations ont montré que les caries, lacunes, et les anneaux sont communs dans les disques autour d'autres jeunes étoiles, " dit Benjamin Weiss, professeur de sciences planétaires au Département de la Terre du MIT, Atmosphérique, et sciences planétaires (EAPS). "Ce sont des signatures importantes mais mal comprises des processus physiques par lesquels le gaz et la poussière se transforment en jeunes soleil et planètes."

De même, la cause d'un tel écart dans notre propre système solaire reste un mystère. Une possibilité est que Jupiter ait pu avoir une influence. Alors que la géante gazeuse prenait forme, son immense attraction gravitationnelle aurait pu pousser le gaz et la poussière vers la périphérie, laissant un espace dans le disque en développement.

Une autre explication peut avoir à voir avec les vents émergeant de la surface du disque. Les premiers systèmes planétaires sont régis par de forts champs magnétiques. Lorsque ces champs interagissent avec un disque rotatif de gaz et de poussière, ils peuvent produire des vents assez puissants pour souffler de la matière, laissant un espace dans le disque.

Quelles que soient ses origines, une lacune dans le système solaire primitif a probablement servi de frontière cosmique, empêchant les matériaux de chaque côté d'interagir. Cette séparation physique pourrait avoir façonné la composition des planètes du système solaire. Par exemple, sur le côté intérieur de l'espace, le gaz et la poussière ont fusionné en planètes terrestres, y compris la Terre et Mars, tandis que le gaz et la poussière sont relégués de l'autre côté de l'espace formé dans les régions plus glaciales, comme Jupiter et ses géantes gazeuses voisines.

"C'est assez difficile de franchir cet écart, et une planète aurait besoin de beaucoup de couple et d'élan externes, " déclare l'auteur principal et étudiant diplômé de l'EAPS Cauê Borlina. cela fournit la preuve que la formation de nos planètes était limitée à des régions spécifiques du système solaire primitif."

Les co-auteurs de Weiss et Borlina incluent Eduardo Lima, Nilanjan Chatterjee, et Elias Mansbach du MIT, James Bryson de l'Université d'Oxford, et Xue-Ning Bai de l'Université Tsinghua.

Une scission dans l'espace

Au cours de la dernière décennie, les scientifiques ont observé une curieuse division dans la composition des météorites qui ont fait leur chemin vers la Terre. Ces roches spatiales se sont formées à l'origine à différents moments et à différents endroits au fur et à mesure que le système solaire prenait forme. Ceux qui ont été analysés présentent l'une des deux combinaisons isotopiques. On a rarement trouvé que les météorites présentaient les deux – une énigme connue sous le nom de « dichotomie isotopique ».

Les scientifiques ont proposé que cette dichotomie puisse être le résultat d'un trou dans le disque du système solaire primitif, mais un tel écart n'a pas été directement confirmé.

Le groupe de Weiss analyse les météorites à la recherche de signes d'anciens champs magnétiques. Alors qu'un jeune système planétaire prend forme, il emporte avec lui un champ magnétique, dont la force et la direction peuvent changer en fonction de divers processus au sein du disque en évolution. Comme la poussière ancienne s'est rassemblée en grains connus sous le nom de chondres, électrons dans les chondres alignés avec le champ magnétique dans lequel ils se sont formés.

Les chondrules peuvent être plus petits que le diamètre d'un cheveu humain, et se trouvent dans les météorites aujourd'hui. Le groupe de Weiss est spécialisé dans la mesure des chondres pour identifier les anciens champs magnétiques dans lesquels ils se sont formés à l'origine.

Dans des travaux antérieurs, le groupe a analysé des échantillons de l'un des deux groupes isotopiques de météorites, connue sous le nom de météorites non carbonées. On pense que ces roches sont originaires d'un "réservoir, " ou région du système solaire primitif, relativement proche du soleil. Le groupe de Weiss avait précédemment identifié l'ancien champ magnétique dans des échantillons de cette région proche.

Un décalage de météorite

Dans leur nouvelle étude, les chercheurs se sont demandé si le champ magnétique serait le même dans le deuxième isotopique, groupe de météorites « carbonées », lequel, à en juger par leur composition isotopique, On pense qu'ils ont leur origine plus loin dans le système solaire.

Ils ont analysé les chondres, mesurant chacun environ 100 microns, de deux météorites carbonées découvertes en Antarctique. En utilisant le dispositif d'interférence quantique supraconducteur, ou SQUID, un microscope de haute précision dans le laboratoire de Weiss, l'équipe a déterminé l'original de chaque chondre, ancien champ magnétique.

Étonnamment, ils ont découvert que leur intensité de champ était plus forte que celle des météorites non carbonées plus proches qu'ils avaient précédemment mesurées. Alors que de jeunes systèmes planétaires prennent forme, les scientifiques s'attendent à ce que la force du champ magnétique diminue avec la distance du soleil.

En revanche, Borlina et ses collègues ont découvert que les chondres éloignés avaient un champ magnétique plus fort, d'environ 100 microteslas, par rapport à un champ de 50 microteslas dans les chondres les plus proches. Pour référence, le champ magnétique terrestre est aujourd'hui d'environ 50 microteslas.

Le champ magnétique d'un système planétaire est une mesure de son taux d'accrétion, ou la quantité de gaz et de poussière qu'il peut aspirer en son centre au fil du temps. Sur la base du champ magnétique des chondres carbonés, la région extérieure du système solaire a dû accumuler beaucoup plus de masse que la région intérieure.

Utiliser des modèles pour simuler divers scénarios, l'équipe a conclu que l'explication la plus probable de l'inadéquation des taux d'accrétion est l'existence d'un écart entre les régions intérieure et extérieure, ce qui aurait pu réduire la quantité de gaz et de poussière s'écoulant vers le soleil depuis les régions extérieures.

"Les lacunes sont courantes dans les systèmes protoplanétaires, et nous montrons maintenant que nous en avions un dans notre propre système solaire, " dit Borlina. " Cela donne la réponse à cette étrange dichotomie que nous voyons dans les météorites, et fournit la preuve que les lacunes affectent la composition des planètes. »