Illustration du disque solaire primitif, avec une image en médaillon d'un cristal d'hibonite bleu, l'un des premiers minéraux à se former dans le système solaire. Crédit :Field Museum, Université de Chicago, Nasa, ESA, et E. Feild (STScl).
Les débuts de notre Soleil sont un mystère. Il a éclaté il y a 4,6 milliards d'années, environ 50 millions d'années avant la formation de la Terre. Puisque le Soleil est plus vieux que la Terre, il est difficile de trouver des objets physiques qui existaient dans les premiers jours du Soleil, des matériaux qui portent des traces chimiques du Soleil primitif. Mais dans une nouvelle étude en Astronomie de la nature , d'anciens cristaux bleus piégés dans des météorites révèlent à quoi ressemblait le Soleil primitif. Et apparemment, il a eu un début assez chahuteur.
"Le Soleil était très actif au début de sa vie - il a eu plus d'éruptions et a dégagé un flux plus intense de particules chargées. Je pense à mon fils, il a trois ans, il est très actif aussi, " dit Philipp Heck, conservateur au Field Museum, professeur à l'Université de Chicago, et auteur de l'étude. "Presque rien dans le système solaire n'est assez vieux pour vraiment confirmer l'activité du premier Soleil, mais ces minéraux de météorites dans les collections du Field Museum sont assez vieux. Ce sont probablement les premiers minéraux qui se sont formés dans le système solaire."
Les minéraux que Heck et ses collègues ont examinés sont des cristaux bleus glacés microscopiques appelés hibonite, et leur composition porte des traces de réactions chimiques qui ne se seraient produites que si le Soleil primitif avait craché beaucoup de particules énergétiques. « Ces cristaux se sont formés il y a plus de 4,5 milliards d'années et conservent un enregistrement de certains des premiers événements qui ont eu lieu dans notre système solaire. des gaz nobles hautement volatils produits par l'irradiation du jeune Soleil il y a si longtemps, " dit l'auteur principal Levke Kööp, un post-doc de l'Université de Chicago et une filiale du Field Museum.
A ses débuts, avant la formation des planètes, le système solaire était composé du soleil avec un disque massif de gaz et de poussière en spirale autour de lui. La région par le soleil était chaude. Vraiment chaud - plus de 1, 500°C, ou 2, 700 F. A titre de comparaison, Vénus, la planète la plus chaude du système solaire, avec des températures de surface suffisamment élevées pour faire fondre le plomb, est un maigre 872 F. Au fur et à mesure que le disque refroidissait, les premiers minéraux ont commencé à se former :des cristaux d'hibonite bleue.
"Les plus gros grains minéraux des météorites anciennes ne font que quelques fois le diamètre d'un cheveu humain. Quand on regarde un tas de ces grains au microscope, les grains d'hibonite ressortent comme de petits cristaux bleu clair - ils sont assez beaux, " dit Andy Davis, un autre co-auteur également affilié au Field Museum et à l'Université de Chicago. Ces cristaux contiennent des éléments comme le calcium et l'aluminium.
Lorsque les cristaux ont été nouvellement formés, le jeune Soleil continuait à s'embraser, projetant des protons et d'autres particules subatomiques dans l'espace. Certaines de ces particules ont heurté les cristaux d'hibonite bleue. Lorsque les protons ont heurté les atomes de calcium et d'aluminium dans les cristaux, les atomes se séparent en atomes plus petits :le néon et l'hélium. Et le néon et l'hélium sont restés piégés à l'intérieur des cristaux pendant des milliards d'années. Ces cristaux ont été incorporés dans des roches spatiales qui sont finalement tombées sur Terre sous forme de météorites pour des scientifiques comme Heck, Köop, et Davis pour étudier.
Un petit cristal d'hibonite de la météorite de Murchison. Crédit :(c) Andy Davis, Université de Chicago
Les chercheurs ont déjà examiné des météorites à la recherche de preuves d'un Soleil actif précoce. Ils n'ont rien trouvé. Mais, note Kööp, "Si les gens dans le passé ne l'ont pas vu, ça ne veut pas dire qu'il n'était pas là, cela pourrait signifier qu'ils n'avaient tout simplement pas d'instruments assez sensibles pour le trouver."
Cette fois, l'équipe a examiné les cristaux avec un spectromètre de masse de pointe unique en Suisse, une machine de la taille d'un garage qui peut déterminer la composition chimique des objets. Attaché au spectromètre de masse, un laser a fait fondre un minuscule grain de cristal d'hibonite à partir d'une météorite, libérant l'hélium et le néon piégés à l'intérieur afin qu'ils puissent être détectés. "Nous avons reçu un signal étonnamment important, montrant clairement la présence d'hélium et de néon - c'était incroyable, " dit Kööp.
Les morceaux d'hélium et de néon fournissent la première preuve concrète de l'activité précoce du Soleil, longtemps suspectée. "Ce serait comme si vous ne connaissiez quelqu'un qu'en tant qu'adulte calme - vous auriez des raisons de croire qu'il était autrefois un enfant actif, mais aucune preuve. Mais si vous pouviez monter dans leur grenier et trouver leurs vieux jouets et livres cassés avec les pages arrachées, ce serait la preuve que la personne était autrefois un enfant en bas âge à haute énergie, " dit Heck.
Contrairement à d'autres indices selon lesquels le Soleil primitif était plus actif qu'il ne l'est aujourd'hui, il n'y a pas d'autre bonne explication pour la composition des cristaux. "C'est toujours bon de voir un résultat qui peut être clairement interprété, " dit Heck. " Plus une explication est simple, plus nous avons confiance en lui."
"En plus de trouver enfin des preuves claires dans les météorites que les matériaux des disques ont été directement irradiés, nos nouveaux résultats indiquent que les matériaux les plus anciens du système solaire ont subi une phase d'irradiation que les matériaux plus jeunes ont évitée. Nous pensons que cela signifie qu'un changement majeur s'est produit dans le système solaire naissant après la formation des hibonites - peut-être que l'activité du Soleil a diminué, ou peut-être que les matériaux formés ultérieurement n'ont pas pu se déplacer vers les régions du disque dans lesquelles l'irradiation était possible, " dit Kööp.
"Ce que je trouve passionnant, c'est que cela nous renseigne sur les conditions du premier système solaire, et confirme enfin un soupçon de longue date, " dit Heck. " Si nous comprenons mieux le passé, nous acquerrons une meilleure compréhension de la physique et de la chimie de notre monde naturel."
