La plupart des météorites qui ont atterri sur Terre sont des fragments de planétésimaux, les tout premiers corps protoplanétaires du système solaire. Les scientifiques ont pensé que ces corps primordiaux avaient complètement fondu au début de leur histoire ou étaient restés sous forme de tas de décombres non fondus.

Mais une famille de météorites embrouille les chercheurs depuis sa découverte dans les années 1960. Les fragments divers, trouvé partout dans le monde, semblent s'être détachés du même corps primordial, et pourtant, la composition de ces météorites indique que leur parent devait être une chimère déroutante à la fois fondue et non fondue.

Maintenant, des chercheurs du MIT et d'ailleurs ont déterminé que le corps parent de ces météorites rares était en effet un multicouche, objet différencié qui avait probablement un noyau métallique liquide. Ce noyau était suffisamment important pour générer un champ magnétique qui aurait pu être aussi fort que le champ magnétique terrestre l'est aujourd'hui.

leurs résultats, publié dans la revue Avancées scientifiques , suggèrent que la diversité des premiers objets du système solaire pourrait avoir été plus complexe que les scientifiques ne l'avaient supposé.

"C'est un exemple de planétésimal qui doit avoir des couches fondues et non fondues. Cela encourage la recherche de plus de preuves de structures planétaires composites, " dit l'auteur principal Clara Maurel, un étudiant diplômé du Département de la Terre du MIT, Atmosphérique, et sciences planétaires (EAPS). « Comprendre tout l'éventail des structures, de non fondu à entièrement fondu, est la clé pour déchiffrer comment les planétésimaux se sont formés au début du système solaire."

Les co-auteurs de Maurel incluent le professeur EAPS Benjamin Weiss, avec des collaborateurs de l'Université d'Oxford, L'université de Cambridge, l'Université de Chicago, Laboratoire national Lawrence Berkeley, et l'Institut de recherche du Sud-Ouest.

Fers à repasser

Le système solaire s'est formé il y a environ 4,5 milliards d'années sous la forme d'un tourbillon de gaz et de poussière très chauds. Au fur et à mesure que ce disque refroidissait, des morceaux de matière sont entrés en collision et ont fusionné pour former des corps de plus en plus grands, comme les planétésimaux.

La majorité des météorites tombées sur Terre ont des compositions qui suggèrent qu'elles proviennent de ces premiers planétésimaux qui étaient soit de deux types :fondus, et non fondu. Les deux types d'objets, les scientifiques croient, se serait formé relativement rapidement, en moins de quelques millions d'années, au début de l'évolution du système solaire.

Si un planétésimal s'est formé au cours du premier 1,5 million d'années du système solaire, des éléments radiogéniques de courte durée auraient pu faire fondre le corps entièrement en raison de la chaleur dégagée par leur désintégration. Des planétésimaux non fondus auraient pu se former plus tard, lorsque leur matériel contenait de plus faibles quantités d'éléments radiogéniques, insuffisant pour fondre.

Il y a eu peu de preuves dans l'enregistrement des météorites d'objets intermédiaires avec des compositions à la fois fondues et non fondues, à l'exception d'une rare famille de météorites appelées fers IIE.

"Ces fers IIE sont des météorites bizarres, " Weiss dit. "Ils montrent à la fois des preuves d'être des objets primordiaux qui n'ont jamais fondu, et aussi des preuves pour venir d'un corps qui est complètement ou au moins substantiellement fondu. Nous ne savons pas où les mettre, et c'est ce qui nous a poussés à nous concentrer sur eux."

Poches magnétiques

Les scientifiques ont déjà découvert que les météorites IIE fondues et non fondues provenaient du même ancien planétésimal, qui avait probablement une croûte solide recouvrant un manteau liquide, comme la Terre. Maurel et ses collègues se sont demandé si le planétésimal pouvait aussi avoir hébergé un métal, noyau fondu.

« Cet objet a-t-il suffisamment fondu pour que le matériau s'enfonce vers le centre et forme un noyau métallique comme celui de la Terre ? dit Maurel. "C'était la pièce manquante à l'histoire de ces météorites."

L'équipe a estimé que si le planétésimal abritait un noyau métallique, il aurait très bien pu générer un champ magnétique, similaire à la façon dont le noyau liquide de la Terre produit un champ magnétique. Un champ aussi ancien aurait pu faire pointer les minéraux du planétésimal dans la direction du champ, comme une aiguille dans une boussole. Certains minéraux auraient pu conserver cet alignement pendant des milliards d'années.

Maurel et ses collègues se sont demandé s'ils pourraient trouver de tels minéraux dans des échantillons de météorites IIE qui s'étaient écrasées sur Terre. Ils ont obtenu deux météorites, qu'ils ont analysé pour un type de minéral fer-nickel connu pour ses propriétés exceptionnelles d'enregistrement du magnétisme.

L'équipe a analysé les échantillons à l'aide de la source lumineuse avancée du Lawrence Berkeley National Laboratory, qui produit des rayons X qui interagissent avec les grains minéraux à l'échelle nanométrique, d'une manière qui peut révéler la direction magnétique des minéraux.

Assez sur, les électrons dans un certain nombre de grains étaient alignés dans une direction similaire, preuve que le corps parent a généré un champ magnétique, éventuellement jusqu'à plusieurs dizaines de microteslas, qui concerne la force du champ magnétique terrestre. Après avoir écarté les sources moins plausibles, l'équipe a conclu que le champ magnétique était très probablement produit par un noyau métallique liquide. Pour générer un tel champ, ils estiment que le noyau devait avoir au moins plusieurs dizaines de kilomètres de large.

De tels planétésimaux complexes à composition mixte (tous deux fondus, sous la forme d'un noyau et d'un manteau liquides, et non fondu sous forme de croûte solide), Maurel dit, aurait probablement mis plusieurs millions d'années à se former, une période de formation plus longue que ce que les scientifiques avaient supposé jusqu'à récemment.

Mais d'où venaient les météorites dans le corps parental ? Si le champ magnétique a été généré par le noyau du corps parent, cela signifierait que les fragments qui sont finalement tombés sur Terre ne pourraient pas provenir du noyau lui-même. C'est parce qu'un noyau liquide ne génère un champ magnétique que lorsqu'il est encore chaud et agité. Tous les minéraux qui auraient enregistré l'ancien champ doivent l'avoir fait en dehors du noyau, avant que le noyau lui-même ne refroidisse complètement.

En collaboration avec des collaborateurs de l'Université de Chicago, l'équipe a effectué des simulations à grande vitesse de divers scénarios de formation pour ces météorites. Ils ont montré qu'il était possible pour un corps avec un noyau liquide d'entrer en collision avec un autre objet, et pour que cet impact déloge le matériau du noyau. Ce matériau migrerait ensuite vers des poches proches de la surface d'où provenaient les météorites.

"Alors que le corps se refroidit, les météorites de ces poches imprimeront ce champ magnétique dans leurs minéraux. A un moment donné, le champ magnétique va décroître, mais l'empreinte restera, " dit Maurel. " Plus tard, ce corps va subir bien d'autres collisions jusqu'aux ultimes collisions qui placeront ces météorites sur la trajectoire de la Terre."

Un planétésimal si complexe était-il une valeur aberrante dans le système solaire primitif, ou l'un des nombreux objets différenciés de ce type ? La réponse, Weiss dit, peut se trouver dans la ceinture d'astéroïdes, une région peuplée de vestiges primordiaux.

"La plupart des corps de la ceinture d'astéroïdes semblent non fondus à leur surface, " dit Weiss. " Si nous sommes finalement capables de voir à l'intérieur des astéroïdes, nous pourrions tester cette idée. Peut-être que certains astéroïdes sont fondus à l'intérieur, et des corps comme ce planétésimal sont en fait communs."