La mission Hayabusa2 de l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA) a renvoyé sur Terre des échantillons d'astéroïdes primitifs non contaminés. Une analyse complète de 16 particules de l'astéroïde Ryugu a révélé de nombreuses informations sur les processus qui ont fonctionné avant, pendant et après la formation du système solaire, certains façonnant encore la surface de l'astéroïde actuel.

Les données élémentaires et isotopiques ont révélé que Ryugu contient le matériau nébulaire présolaire le plus primitif (un ancien disque de gaz et de poussière entourant ce qui allait devenir le soleil) encore identifié et que certains matériaux organiques peuvent avoir été hérités d'avant la formation du système solaire. Parmi les matières organiques identifiées figuraient les acides aminés, qui sont les éléments constitutifs des protéines présentes dans tous les êtres vivants sur Terre. La découverte d'acides aminés formant des protéines dans des échantillons d'astéroïdes non contaminés indique que des astéroïdes tels que Ryugu pourraient avoir ensemencé la Terre avec les matières premières nécessaires à l'origine de la vie.

De plus, les échantillons de Ryugu ont fourni des preuves à la fois physiques et chimiques que Ryugu provenait d'un grand corps glacé (au moins plusieurs dizaines de kilomètres) dans le système solaire externe, qui a subi une altération aqueuse (réactions chimiques complexes impliquant de l'eau liquide). Le corps glacé a ensuite été brisé pour donner un fragment semblable à une comète (plusieurs kilomètres de taille). Le fragment a évolué par sublimation de la glace pour donner l'astéroïde poreux sec observé aujourd'hui. Par la suite, l'altération spatiale, impliquant le bombardement de l'astéroïde par des particules du soleil et des étoiles lointaines, a modifié les matériaux de surface, tels que la matière organique, pour donner des matériaux avec un albédo distinct (propriétés réfléchissantes), définissant l'apparence actuelle de l'astéroïde. /P>

Les astéroïdes et les comètes représentent la matière qui restait après la formation des planètes en orbite autour du soleil. De tels corps se seraient initialement formés dans un vaste disque de gaz et de poussière (nébuleuse protosolaire) autour de ce qui allait devenir le soleil (protosole) et pourraient ainsi conserver des indices sur les processus qui ont fonctionné pendant cette période du système solaire.

La nébuleuse protosolaire aurait tourné le plus rapidement vers son centre et cela aurait concentré une grande partie de la matière dans cette région. Une partie du matériau a alors commencé à tomber sur la surface du protosole, augmentant sa température. La température plus élevée du protosole aurait conduit à une augmentation de la production de rayonnement, ce qui aurait pu provoquer une photoévaporation (évaporation due à l'énergie de la lumière) du matériau dans le système solaire interne.

Plus tard, alors que le système solaire interne se refroidissait, de nouveaux matériaux se sont condensés avec des compositions distinctes de ce qui était présent auparavant. Finalement, ces matériaux se colleraient pour produire de grands corps (planétésimaux) qui se sépareraient ensuite des collisions, certains formant des astéroïdes de type S. Un astéroïde de type S (Itokawa) était la cible de la mission Hayabusa, le prédécesseur de Hayabusa2. Les échantillons qui ont été renvoyés sur Terre ont révélé beaucoup de choses sur ces astéroïdes, y compris la façon dont leurs surfaces sont affectées par de petits impacts continus et confirmant les identifications faites par les télescopes sur Terre.

Haybusa2 ciblait un type d'astéroïde très différent, le type C, qui, contrairement aux types S, préserve beaucoup plus le matériau primitif du système solaire externe, qui était beaucoup moins affecté par l'échauffement du protosole. Le télescope terrestre initial et les informations de télédétection du vaisseau spatial Hayabusa2 ont suggéré que Ryugu pourrait contenir de la matière organique et de petites quantités d'eau (collées à la surface des minéraux ou contenues dans leur structure).

Cependant, les astéroïdes de type C sont incroyablement difficiles à étudier à l'aide de ces méthodes, car ils sont très sombres et les données qui en résultent contiennent très peu d'informations pouvant être utilisées pour identifier des matériaux spécifiques. En tant que tel, le retour d'échantillons a représenté une étape très importante dans l'amélioration de notre compréhension des astéroïdes de type C. Environ 5,4 g d'échantillon ont été renvoyés sur Terre en décembre 2020 et les échantillons ont été initialement étudiés dans l'installation de conservation de phase 1 de l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA) à Sagamihara, au Japon. Une analyse géochimique complète a commencé en juin 2021 une fois les échantillons arrivés à l'installation de conservation de phase 2 du Pheasant Memorial Laboratory (PML), Institut des matériaux planétaires, Université d'Okayama, Japon.

Initialement, les informations externes et physiques des échantillons ont été obtenues, mais peu de temps après, les particules ont été ouvertes à l'aide d'un microtome équipé d'un couteau en diamant. À l'intérieur, les particules ont révélé des textures indiquant un gel-dégel et une masse à grains fins de différents minéraux, certains composants à grains plus grossiers étant dispersés partout. La majorité des minéraux étaient des silicates hydratés appelés phyllosilicates (argile), qui se sont formés par des réactions chimiques impliquant des minéraux silicatés non hydratés et de l'eau liquide (altération aqueuse). Avec les textures gel-dégel, les preuves ont indiqué que les échantillons avaient connu à la fois de l'eau liquide et gelée dans le passé.

L'altération aqueuse s'est avérée avoir culminé avant ~ 2,6 Myr après la formation du système solaire, grâce à l'analyse du manganèse et du chrome dans les minéraux de magnétite (oxyde de fer) et de dolomite (carbonate de calcium-magnésium). Cela signifie que les matériaux de Ryugu ont connu de l'eau liquide très tôt dans l'histoire du système solaire et que la chaleur qui a fait fondre la glace aurait été fournie par des éléments radioactifs qui ne survivent que pendant une période de temps relativement courte (presque tous auraient disparu après 5 Myr ).

Après la désintégration d'une grande partie des éléments radioactifs, le corps se refroidissait et gelait à nouveau. Ryugu contient également des isotopes de chrome, de calcium et d'oxygène qui indiquent qu'il a conservé la source la plus primitive de matériaux de la nébuleuse protosolaire. De plus, les matériaux organiques de Ryugu enregistrent des signatures isotopiques primitives suggérant leur formation dans le milieu interstellaire (la région de l'espace entre les systèmes solaires) ou la nébuleuse protosolaire externe. Avec l'eau abondante et l'absence de tout matériau ou signature du système solaire interne, les résultats ci-dessus suggèrent que le matériau à l'intérieur de Ryugu a été collé (accré) et altéré de manière aqueuse très tôt dans le système solaire externe.

Cependant, pour former de l'eau liquide, à partir du chauffage d'un corps rocheux et glacé par désintégration radioactive, il faut que le corps mesure au moins plusieurs dizaines de kilomètres. En conséquence, Ryugu devait à l'origine faire partie d'un corps beaucoup plus grand, appelé planétésimal. On pense que les planétésimaux glacés sont à l'origine des comètes, qui peuvent être formées par leur rupture par collision. Si le précurseur planétésimal de Ryugu était impacté après qu'il se soit regelé, alors une comète préservant bon nombre des textures originales et des propriétés physiques et chimiques du planétésimal pourrait être produite.

En tant que comète, le fragment aurait dû se déplacer de l'extérieur vers l'intérieur du système solaire par une voie dynamique, impliquant les interactions des planètes. Une fois dans le système solaire interne, Ryugu aurait alors subi une sublimation importante (transition de la glace solide au gaz). La modélisation dans une étude précédente a indiqué que la sublimation pourrait augmenter la vitesse à laquelle Ryugu tourne et conduire à sa forme distinctive de toupie. La sublimation aurait également pu conduire à la formation de jets de vapeur d'eau (comme on le voit sur la comète 67P) qui auraient redéposé du matériau souterrain sur la surface et l'auraient gelé en place.

De plus, les jets peuvent expliquer certaines différences intéressantes entre les sites d'échantillonnage où les échantillons de Ryugu ont été obtenus. La mission Hayabusa2 a échantillonné des matériaux de la surface même du site de toucher 1 (TD1) et très probablement des matériaux souterrains d'un cratère d'impact artificiel du site de toucher 2 (TD2). Certains des échantillons TD1 montrent un fractionnement élémentaire au-delà de l'échelle millimétrique et des abondances dispersées de B et Be. Cependant, tous les échantillons TD2 enregistrent des abondances élémentaires similaires aux chondrites CI (un type de météorite avec des abondances élémentaires similaires au soleil) et ne montrent aucune preuve de fractionnement élémentaire à l'échelle du millimètre. Une explication est que le site TD1 enregistre la matière entraînée dans un jet, amenée à la surface du fragment ressemblant à une comète à partir de nombreuses régions distinctes du sous-sol et représente ainsi une grande variété de compositions. Pendant ce temps, les échantillons TD2 peuvent représenter du matériel provenant d'une partie de Ryugu et, en tant que tels, avoir une composition plus uniforme.

Après sublimation complète de la glace à la surface de Ryugu, un astéroïde rocheux de faible densité et très poreux s'est formé. Alors que les processus liés à l'eau ont cessé, l'altération de l'espace a commencé. La surface de Ryugu a été bombardée au fil du temps par de grandes quantités de particules énergétiques du vent solaire et des rayons cosmiques du soleil et des étoiles lointaines. Les particules ont modifié les matériaux à la surface de Ryugu, provoquant une modification de la matière organique en termes de structure. Les effets d'un tel processus étaient plus évidents dans les particules TD1 de la surface de Ryugu par rapport à celles de TD2, qui avaient probablement été ramenées à la surface lors de la création d'un cratère d'impact artificiel. En tant que tel, l'altération de l'espace est un processus qui façonne encore aujourd'hui la surface des astéroïdes et continuera de le faire à l'avenir.

Malgré les effets de l'altération spatiale, qui agissent pour altérer et détruire les informations contenues dans la matière organique, des matériaux organiques primitifs ont également été détectés par l'analyse géochimique complète des échantillons de Ryugu. Des acides aminés, tels que ceux trouvés dans les protéines de chaque organisme vivant sur Terre, ont été détectés dans une particule de Ryugu. La découverte d'acides aminés formant des protéines est importante, car Ryugu n'a pas été exposé à la biosphère terrestre, comme les météorites, et en tant que tel, leur détection prouve qu'au moins certains des éléments constitutifs de la vie sur Terre auraient pu se former dans des environnements spatiaux.

Les hypothèses concernant l'origine de la vie, telles que celles impliquant une activité hydrothermale, nécessitent des sources d'acides aminés, les météorites et les astéroïdes comme Ryugu représentant de solides candidats en raison de leur inventaire d'acides aminés et parce qu'un tel matériau aurait été facilement déposé à la surface de la Terre. Terre primitive. De plus, les caractéristiques isotopiques des échantillons de Ryugu suggèrent que des matériaux de type Ryugu auraient pu fournir à la Terre son eau, une autre ressource essentielle à l'origine et au maintien de la vie sur Terre.

Conjointement, les découvertes rapportées par l'étude fournissent des informations inestimables sur les processus qui ont affecté l'astéroïde le plus primitif échantillonné par l'humanité. De telles idées ont déjà commencé à changer notre compréhension des événements qui se sont produits avant le système solaire et jusqu'à nos jours. Les travaux futurs sur les échantillons de Ryugu continueront sans aucun doute à faire progresser nos connaissances sur le système solaire et au-delà.

La recherche a été publiée dans Proceedings of the Japan Academy . + Explorer plus loin

Deux équipes rapportent l'étude d'échantillons d'astéroïdes Hayabusa2