Il y a des milliards d'années, avant la naissance de notre système solaire, une étoile morte connue sous le nom de naine blanche dans un système d'étoiles binaires voisin a accumulé suffisamment de matière provenant de son compagnon pour la faire « passer en nova ». L'explosion stellaire a forgé des grains de poussière avec des compositions exotiques que l'on ne trouve pas dans notre système solaire. Une équipe de chercheurs dirigée par l'UA a trouvé un tel grain (image en médaillon), enfermé dans une météorite, qui ont survécu à la formation de notre système solaire et l'ont analysé avec des instruments suffisamment sensibles pour identifier des atomes uniques dans un échantillon. Mesurant un 25, 000ème de pouce, le grain de graphite riche en carbone (rouge) a révélé une tache incrustée de matériau riche en oxygène (bleu), deux types de poussière d'étoile que l'on pensait ne pas pouvoir se former dans la même éruption de nova. Crédit :Université de l'Arizona/Heather Roper
Un grain de poussière forgé dans l'agonie d'une étoile disparue depuis longtemps a été découvert par une équipe de chercheurs dirigée par l'Université de l'Arizona.
La découverte remet en question certaines des théories actuelles sur la façon dont les étoiles mourantes ensemencent l'univers avec des matières premières pour la formation des planètes et, finalement, les molécules précurseurs de la vie.
Niché à l'intérieur d'une météorite chondritique collectée en Antarctique, le petit point représente la vraie poussière d'étoile, très probablement projeté dans l'espace par une étoile qui explose avant que notre propre soleil n'existe. Bien que ces grains soient censés fournir des matières premières importantes contribuant au mélange à partir duquel le soleil et nos planètes se sont formés, ils survivent rarement aux bouleversements qui accompagnent la naissance d'un système solaire.
"Comme la vraie poussière des étoiles, de tels grains présolaires nous donnent un aperçu des éléments constitutifs à partir desquels notre système solaire s'est formé, " dit Pierre Haenecour, auteur principal de l'article, dont la publication anticipée en ligne est prévue le Astronomie de la nature le 29 avril. "Ils nous fournissent également un instantané direct des conditions dans une étoile au moment où ce grain s'est formé."
Baptisé LAP-149, le grain de poussière représente le seul assemblage connu de grains de graphite et de silicate pouvant être attribué à un type spécifique d'explosion stellaire appelée nova. Remarquablement, il a survécu au voyage dans l'espace interstellaire et s'est rendu dans la région qui allait devenir notre système solaire il y a environ 4,5 milliards d'années, peut-être plus tôt, où il s'est incrusté dans une météorite primitive.
Les novae sont des systèmes stellaires binaires dans lesquels un reste central d'une étoile, appelé naine blanche, est sur le point de disparaître de l'univers, tandis que son compagnon est soit une étoile de la séquence principale de faible masse, soit une géante rouge. La naine blanche commence alors à siphonner le matériel de son compagnon gonflé. Une fois qu'il accumule suffisamment de nouveau matériau stellaire, la naine blanche se rallume par des explosions périodiques assez violentes pour forger de nouveaux éléments chimiques à partir du combustible stellaire et les vomir profondément dans l'espace, où ils peuvent voyager vers de nouveaux systèmes stellaires et s'incorporer à leurs matières premières.
Depuis peu de temps après le Big Bang, quand l'univers n'était composé que d'hydrogène, hélium et traces de lithium, les explosions stellaires ont contribué à l'enrichissement chimique du cosmos, résultant en la pléthore d'éléments que nous voyons aujourd'hui.
Profitant des installations sophistiquées de microscopie ionique et électronique du laboratoire lunaire et planétaire de l'UA, une équipe de recherche dirigée par Haenecour a analysé le grain de poussière de la taille d'un microbe jusqu'au niveau atomique. Le minuscule messager de l'espace s'est avéré être vraiment extraterrestre, hautement enrichi en un isotope de carbone appelé 13C.
L'auteur principal de l'étude, Pierre Haenecour, est photographié ici avec l'un des microscopes électroniques à ultra-haute résolution utilisés pour obtenir des informations chimiques et microstructurales sur le grain de poussière d'étoile. Crédit :Université d'Arizona/Maria Schuchardt
"Les compositions isotopiques du carbone dans tout ce que nous avons échantillonné et provenant de n'importe quelle planète ou corps de notre système solaire varient généralement d'un facteur de l'ordre de 50, " dit Haenecour, qui rejoindra le Laboratoire lunaire et planétaire en tant que professeur adjoint à l'automne. "Le 13C que nous avons trouvé dans LAP-149 est enrichi de plus de 50, 000 fois. Ces résultats fournissent une preuve supplémentaire en laboratoire que les grains riches en carbone et en oxygène des novae ont contribué aux éléments constitutifs de notre système solaire. »
Bien que leurs étoiles mères n'existent plus, les compositions isotopiques et chimiques et la microstructure des grains de poussière d'étoile individuels identifiés dans les météorites fournissent des contraintes uniques sur la formation de poussière et les conditions thermodynamiques dans les écoulements stellaires, les auteurs ont écrit.
Une analyse détaillée a révélé des secrets encore plus inattendus :contrairement à des grains de poussière similaires qui auraient été forgés dans des étoiles mourantes, LAP-149 est le premier grain connu constitué de graphite qui contient une inclusion de silicate riche en oxygène.
"Notre découverte nous donne un aperçu d'un processus auquel nous ne pourrions jamais assister sur Terre, " a ajouté Haenecour. " Cela nous explique comment les grains de poussière se forment et se déplacent à l'intérieur lorsqu'ils sont expulsés par la nova. On sait maintenant que des grains de poussières carbonées et silicatées peuvent se former dans le même éjecta de nova, et ils sont transportés à travers des amas de poussière chimiquement distincts dans les éjectas, quelque chose qui a été prédit par des modèles de novae mais qui n'a jamais été trouvé dans un spécimen."
Malheureusement, LAP-149 ne contient pas assez d'atomes pour déterminer son âge exact, donc les chercheurs espèrent trouver des choses similaires, de plus gros spécimens à l'avenir.
"Si nous pouvions dater ces objets un jour, nous pourrions avoir une meilleure idée de ce à quoi ressemblait notre galaxie dans notre région et ce qui a déclenché la formation du système solaire, " a déclaré Tom Zega, directeur scientifique de l'installation d'imagerie et de caractérisation des matériaux Kuiper de l'UA et professeur agrégé au Laboratoire lunaire et planétaire et au Département de science et d'ingénierie des matériaux de l'UA. "Peut-être devons-nous notre existence à une explosion de supernova à proximité, comprimer les nuages de gaz et de poussière avec son onde de choc, allumer des étoiles et créer des pépinières stellaires, similaire à ce que nous voyons dans la célèbre photo de Hubble « Piliers de la création ».
La météorite contenant le grain de poussière d'étoile est l'une des météorites les plus vierges de la collection du Laboratoire lunaire et planétaire. Classé comme chondrite carbonée, on pense qu'il est analogue au matériel sur Bennu, l'astéroïde cible de la mission OSIRIS-REx dirigée par UA. En prélevant un échantillon de Bennu et en le ramenant sur Terre, l'équipe de la mission OSIRIS-REx espère fournir aux scientifiques du matériel qui a peu vu, si seulement, altération depuis la formation de notre système solaire.
Jusque là, les chercheurs dépendent de trouvailles rares comme le LAP-149, qui a survécu à l'explosion d'une étoile, pris dans un nuage de gaz et de poussière en train de s'effondrer qui deviendrait notre système solaire et cuit dans un astéroïde avant de tomber sur la terre.
"C'est remarquable quand on pense à tous les chemins qui auraient dû tuer ce grain, ", a déclaré Zega.
