Nous ne sommes pas habitués à considérer la poussière comme un matériau précieux – à moins qu'elle ne provienne de l'espace. Et plus précisément, de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Une analyse de sa poussière a fourni des informations précieuses sur cet objet céleste, et, plus généralement, sur l'histoire du système solaire.

A l'aide de l'instrument COSIMA à bord de la sonde spatiale européenne Rosetta, une équipe scientifique a scruté en détail la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P) d'août 2014 à septembre 2016. Elle s'est intéressée aux particules de poussière éjectées du noyau de la comète et capturées par la sonde spatiale, et COSIMA ont permis d'étudier leur composition. Les résultats de leurs recherches ont été publiés en décembre 2017 par la Royal Astronomical Society.

L'étude indique que, en moyenne, la moitié de la masse de chaque particule de poussière est constituée de matière carbonée à structure organique majoritairement macromoléculaire; l'autre moitié étant principalement composée de minéraux silicatés non hydratés. En quoi ce résultat est-il important ou intéressant ? Qu'est-ce que cela implique ? Était-ce attendu par les scientifiques ou s'agit-il d'une rupture totale des théories préexistantes ?

Grâce à Rosetta et ses instruments, nous avons pu avoir une meilleure idée de ce que 67P est composé. Cela est particulièrement vrai pour les gaz de son atmosphère, grâce à l'instrument ROSINA. Pendant le voyage de la comète autour du soleil, il libère en permanence des gaz et des poussières qui forment un faible halo. Ce phénomène s'explique par la sublimation des glaces incrustées dans le noyau de la comète – elles passent directement de l'état solide à l'état gazeux. Lorsque le gaz s'échappe dans l'atmosphère de la comète, il apporte avec lui de petites particules de poussière. ROSINA a caractérisé et quantifié les gaz :il est composé de vapeur d'eau, gaz carbonique, monoxyde de carbone, l'oxygène moléculaire et une multitude de petites molécules organiques principalement constituées de carbone, hydrogène, atomes d'azote et d'oxygène.

Autres instruments, comme les caméras embarquées et le spectromètre imageur VIRTIS, étudié la surface du 67P. Ses structures sont complexes :falaises, défauts, glissements de terrain, fosses et plus. Mais surtout, la surface de la comète est très sombre et contient peu de glace. Le fait qu'il fasse si sombre est peut-être dû à une teneur élevée en carbone organique. Étant donné que les glaces et les gaz ne représentent qu'une petite fraction de la matière cométaire totale, sur lesquels s'appuient les chercheurs, entre autres, l'analyse des grains de poussière libérés par la comète pour en savoir plus sur la composition du noyau de la comète. Cette poussière est représentative de la composition non volatile de la comète, et l'étude des caractéristiques chimiques de la poussière reflétera celles du noyau de la comète.

35, 000 particules collectées

L'instrument COSIMA est une sorte de mini-laboratoire physico-chimique, dont la fonction était de collecter les particules de poussières libérées par la comète 67P, imagez-les puis mesurez leurs caractéristiques chimiques à l'aide d'une méthode d'analyse de surface appelée « spectrométrie de masse à ions secondaires à temps de vol » (TOF-SIMS). Pendant les deux années passées en orbite autour de la comète, la collecte de données a été plus fructueuse que ne l'espéraient les chercheurs et les ingénieurs qui ont conçu l'instrument il y a une vingtaine d'années. En effet, COSIMA a collecté plus de 35, 000 particules jusqu'à 1 millimètre de diamètre. Nous nous attendions à des grains de poussière beaucoup moins nombreux et infiniment plus petits.

L'analyse et l'interprétation scientifique des mesures de spectrométrie de masse effectuées sur une fraction des particules collectées (environ 250) ont été longues et exigeantes. L'ultra-porosité de la poussière, collecté presque intact après éjection de la surface de la comète, a peu d'analogues dans nos laboratoires et la maîtrise de la technique TOF-SIMS, déjà compliqué en laboratoire, s'était avéré presque héroïque lorsqu'elle était menée à distance dans l'espace.

A partir de ces mesures, il a été possible de déduire les principaux éléments constitutifs des particules de poussière (oxygène, carbone, silicium, fer à repasser, magnésium, sodium, azote, aluminium, calcium…), ainsi que quelques informations sur la nature chimique de certains composants. A partir de ces données, l'équipe a montré que chaque particule de poussière (taille allant de ~ 0,05 à 1 mm de diamètre) contenait, en moyenne, environ 50 % en masse de matière organique carbonée. Ce matériau était principalement macromoléculaire, c'est-à-dire qu'il était fait de grandes structures assemblées de façon totalement désordonnée et complexe; l'autre moitié de la masse est principalement composée de minéraux silicatés non hydratés.

D'après les mesures, cette composition de poussière est indépendante de la date de collecte des particules. En d'autres termes, en moyenne, il n'y a pas de différence de composition entre la poussière éjectée par la comète avant, pendant ou après son périhélie, c'est quand, en août 2015, 67P se rapproche le plus du soleil et là où son activité est la plus intense. La composition des poussières cométaires ne dépend pas non plus de leur taille ou de leur morphologie – des « agrégats duveteux » ou des « grains plus compacts ». Les particules analysées sont de petits fragments du noyau, provenant de sa surface ainsi que des fosses qui s'enfoncent dans les profondeurs de la comète. Par conséquent, la composition moyenne déterminée par COSIMA reflète très probablement la composition globale non volatile du noyau de 67P. La majeure partie de la matière cométaire est ainsi formée par ce mélange intime de 50-50 en poids de minéraux et de matière carbonée solide.

Un matériau primitif

Ces résultats, ainsi que ceux obtenus il y a 30 ans lors du survol de la comète Halley par les sondes Giotto et Vega, prouver que les comètes sont parmi les objets du système solaire les plus riches en carbone. Les experts s'en doutaient, mais c'est finalement une preuve expérimentale directe. La valeur élevée du rapport d'abondance entre le carbone et le silicium mesuré par COSIMA est très proche du rapport d'abondance de ces éléments mesuré dans la photosphère solaire. De plus, les silicates contenus dans les poussières 67P ne présentent pas de signes notables d'altération par l'eau liquide. Ces deux observations sont une preuve importante du caractère primitif de cette substance cométaire. Cela signifie que ce matériau n'a pratiquement pas été modifié depuis la formation de la comète, contrairement à la plupart des autres objets du système solaire. L'étudier nous ramène au tout début du système solaire, il y a près de 4,5 milliards d'années.

Les mesures COSIMA, combiné avec les observations des autres instruments Rosetta, indiquent que la majeure partie de la matière carbonée cométaire ne se trouve pas dans les glaces et les gaz, mais dans la poussière, sous cette forme macromoléculaire non volatile. Ce résultat est conforme aux analyses en laboratoire d'autres matériaux extraterrestres qui ont été collectés sur Terre - météorites, micrométéorites et particules de poussière interplanétaires. Avec ces, cependant, l'objet original d'où proviennent ces matériaux est rarement connu. Et par dessus tout, l'échauffement lors de l'entrée atmosphérique altère et modifie, au moins en partie, leurs composants carbonés.

Les mesures in situ de COSIMA et sa collecte de poussières à basse vitesse (quelques mètres par seconde, l'allure d'un jogging) ont permis de préserver totalement les informations chimiques. Ainsi, il est possible de dire aujourd'hui que si des comètes comme 67P ont joué un rôle dans l'apparition de la vie sur Terre, notamment en apportant de la matière riche en carbone, it would have been this complex macromolecular component that dominated what was delivered.

This article was originally published on The Conversation. Lire l'article original.