La nébuleuse du Papillon, un exemple d'une région de formation d'étoiles dans la nébuleuse de la Tarentule. La barre d'échelle blanche est de 2 années-lumière ou environ 120, 000 UA (Unités astronomiques). Une étoile centrale brillante, obscurci par la poussière, modifie les isotopes de l'oxygène dans la nébuleuse par photodissociation du monoxyde de carbone. Ceci est un autre exemple d'environnement dans lequel les isotopes de l'oxygène pourraient être modifiés dans le nuage moléculaire avant la formation d'un système planétaire. Crédit :ASA et ESA
A la recherche des origines de notre système solaire, une équipe internationale de chercheurs, dont le planétologue et cosmochimiste James Lyons de l'Arizona State University, a comparé la composition du Soleil à la composition des matériaux les plus anciens qui se sont formés dans notre système solaire :des inclusions réfractaires dans des météorites non métamorphisées.
En analysant les isotopes de l'oxygène (variétés d'un élément qui ont des neutrons supplémentaires) de ces inclusions réfractaires, l'équipe de recherche a déterminé que les différences de composition entre le Soleil, les planètes et autres matériaux du système solaire ont été hérités du nuage moléculaire protosolaire qui existait même avant le système solaire. Les résultats de leur étude ont été récemment publiés dans Avancées scientifiques .
"Il a été récemment démontré que les variations dans les compositions isotopiques de nombreux éléments de notre système solaire étaient héritées du nuage moléculaire protosolaire, " a déclaré l'auteur principal Alexander Krot, de l'Université d'Hawaï. "Notre étude révèle que l'oxygène n'est pas l'exception."
Nuage moléculaire ou nébuleuse solaire ?
Lorsque les scientifiques comparent les isotopes de l'oxygène 16, 17 et 18, ils observent des différences significatives entre la Terre et le Soleil. On pense que cela est dû au traitement par la lumière ultraviolette du monoxyde de carbone, qui se brise, entraînant un changement important des rapports isotopiques de l'oxygène dans l'eau. Les planètes sont formées de poussières qui héritent des rapports isotopiques de l'oxygène modifiés par le biais d'interactions avec l'eau.
Ce que les scientifiques ne savent pas, c'est si le traitement ultraviolet s'est produit dans le nuage moléculaire parent qui s'est effondré pour former le système proto-solaire ou plus tard dans le nuage de gaz et de poussière à partir duquel les planètes se sont formées, appelé la nébuleuse solaire.
Un exemple d'une région de formation d'étoiles dans NGC 3324 dans la nébuleuse Carina, dans laquelle les grandes étoiles voisines à la fois sculptent la forme de la nébuleuse et modifient la distribution des isotopes de l'oxygène par la photodissociation du monoxyde de carbone par la lumière ultraviolette. Les résultats des travaux présentés ici favorisent l'altération des isotopes de l'oxygène dans un environnement de nuage moléculaire. La barre d'échelle blanche est de 5 années-lumière ou 300, 000 UA (unités astronomiques, distance entre la Terre et le Soleil). Crédit :NASA, ESA, L'équipe du patrimoine Hubble
Pour le déterminer, l'équipe de recherche s'est tournée vers le composant le plus ancien des météorites, appelées inclusions de calcium-aluminium (CAI). Ils ont utilisé une microsonde ionique, des images de rétrodiffusion d'électrons et des analyses élémentaires aux rayons X à l'Institut de géophysique et de planétologie de l'Université d'Hawaï pour analyser soigneusement les CAI. Ils ont ensuite incorporé un second système isotopique (isotopes d'aluminium et de magnésium) pour contraindre l'âge des CAI, faisant le lien, pour la première fois, entre les abondances d'isotopes d'oxygène et les isotopes d'aluminium de masse.
A partir de ces isotopes d'aluminium et de magnésium, ils ont conclu que les CAI ont été formés environ 10, 000 à 20, 000 ans après l'effondrement du nuage moléculaire parent.
"C'est extrêmement tôt dans l'histoire du système solaire, " dit Lyon, qui est professeur agrégé de recherche à l'École d'exploration de la Terre et de l'espace de l'ASU, "si tôt qu'il n'y aurait pas assez de temps pour modifier les isotopes de l'oxygène dans la nébuleuse solaire."
Représentation d'artiste du protosun et de la nébuleuse solaire. Les isotopes de l'oxygène peuvent également être altérés par la lumière ultraviolette (flèches dorées) dans cet environnement. Des isotopes radiogéniques à courte durée de vie de l'aluminium (flèches ondulées marrons) peuvent également avoir été injectés dans la nébuleuse solaire. Les encarts montrent des images de rétrodiffusion d'électrons de deux des inclusions de calcium-aluminium analysées pour cette étude, et l'emplacement approximatif auquel ces condensats à haute température se sont formés. Les nouveaux résultats présentés ici indiquent que l'altération des isotopes de l'oxygène s'est produite principalement dans le nuage moléculaire parent, plutôt que dans la nébuleuse solaire. La Terre et tout sur Terre ont acquis une composition isotopique d'oxygène dérivée du nuage moléculaire à partir duquel le système solaire s'est formé. La barre d'échelle blanche est de trois UA (unités astronomiques). Crédit :NASA JPL-Caltech/Lyons/ASU
Bien que davantage de mesures et de travaux de modélisation soient nécessaires pour évaluer pleinement les implications de ces résultats, ils ont des implications pour l'inventaire des composés organiques disponibles pendant le système solaire et plus tard la formation des planètes et des astéroïdes.
"Toute contrainte sur la quantité de traitement ultraviolet de la matière dans la nébuleuse solaire ou le nuage moléculaire parent est essentielle pour comprendre l'inventaire des composés organiques qui conduisent à la vie sur Terre, ", a déclaré Lyon.
