Avant la formation de la Terre et des autres planètes, le jeune soleil était encore entouré de gaz et de poussière cosmiques. Au fil des millénaires, des fragments de roche de différentes tailles se sont formés à partir de la poussière. Beaucoup d'entre eux sont devenus des blocs de construction pour les planètes ultérieures. D'autres ne sont pas devenus une partie d'une planète et orbitent encore autour du soleil aujourd'hui, par exemple en tant qu'astéroïdes dans la ceinture d'astéroïdes.

Des chercheurs de l'ETH Zurich et du Pôle de recherche national (NCCR) PlanetS, en collaboration avec une équipe internationale, ont analysé des échantillons de fer provenant des noyaux d'astéroïdes qui ont atterri sur Terre sous forme de météorites. Ce faisant, ils ont dévoilé une partie de leur histoire ancienne à l'époque où les planètes se sont formées. Leurs découvertes ont été publiées dans la revue Nature Astronomy .

Témoins du système solaire primitif

"Des études scientifiques antérieures ont montré que les astéroïdes du système solaire sont restés relativement inchangés depuis leur formation, il y a des milliards d'années", explique Alison Hunt, auteur principal de l'étude et chercheur à l'ETH Zurich et au NCCR PlanetS. "Ce sont donc des archives, dans lesquelles les conditions du système solaire primitif sont préservées", déclare Hunt.

Mais pour déverrouiller ces archives, les chercheurs ont dû préparer et examiner minutieusement le matériel extraterrestre. L'équipe a prélevé des échantillons de 18 météorites de fer différentes, qui faisaient autrefois partie des noyaux métalliques des astéroïdes. Pour effectuer leur analyse, ils ont dû dissoudre les échantillons pour pouvoir isoler les éléments Palladium, Argent et Platine pour leur analyse détaillée. À l'aide d'un spectromètre de masse, ils ont mesuré les abondances de différents isotopes de ces éléments. Les isotopes sont des atomes distincts d'éléments donnés, dans ce cas le palladium, l'argent et le platine, qui partagent tous le même nombre de protons dans leur noyau mais dont le nombre de neutrons varie.

Au cours des premiers millions d'années de notre système solaire, les noyaux métalliques des astéroïdes ont été chauffés par la désintégration radioactive des isotopes. Alors qu'ils commençaient à se refroidir, un isotope d'argent spécifique produit par désintégration radioactive a commencé à s'accumuler. En mesurant les rapports isotopiques d'argent actuels dans les météorites de fer, les chercheurs ont pu déterminer à la fois quand et à quelle vitesse les noyaux d'astéroïdes s'étaient refroidis.

Les résultats ont montré que le refroidissement était rapide et probablement dû à de graves collisions avec d'autres corps, qui ont rompu le manteau rocheux isolant des astéroïdes et exposé leurs noyaux métalliques au froid de l'espace. Alors que le refroidissement rapide avait été indiqué par des études antérieures basées sur des mesures d'isotopes d'argent, le moment n'était pas clair.

"Nos mesures supplémentaires de l'abondance des isotopes du platine nous ont permis de corriger les mesures des isotopes de l'argent pour les distorsions causées par l'irradiation cosmique des échantillons dans l'espace. Nous avons donc pu dater le moment des collisions plus précisément que jamais auparavant", rapporte Hunt. "Et à notre grande surprise, tous les noyaux d'astéroïdes que nous avons examinés ont été exposés presque simultanément, dans un délai de 7,8 à 11,7 millions d'années après la formation du système solaire", explique le chercheur.

Les collisions quasi simultanées des différents astéroïdes ont indiqué à l'équipe que cette période devait être une phase très instable du système solaire. "Tout semble s'être effondré à ce moment-là", déclare Hunt. "And we wanted to know why," she adds.

From the laboratory to the solar nebula

The team considered different causes by combining their results with those from the latest, most sophisticated computer simulations of the solar system development. Together, these sources could narrow down the possible explanations.

"The theory that best explained this energetic early phase of the solar system indicated that it was caused primarily by the dissipation of the so-called solar nebula," study co-author, NCCR PlanetS member and Professor of Cosmochemistry at the ETH Zurich, Maria Schönbächler explains. "This solar nebula is the remainder of gas that was left over from the cosmic cloud out of which the Sun was born. For a few million years, it still orbited the young Sun until it was blown away by solar winds and radiation," Schönbächler says

While the nebula was still around, it slowed down the objects orbiting the sun in it—similar to how air resistance slows a moving car. After the nebula had disappeared, so the researchers suggest, the lack of gas drag allowed the asteroids to accelerate and collide into each other—like bumper cars that were turned to turbo-mode.

"Our work illustrates how improvements in laboratory measurement techniques allow us to infer key processes that took place in the early solar system—like the likely time by which the solar nebula had gone. Planets like the Earth were still in the process of being born at that time. Ultimately, this can help us to better understand how our own planets were born, but also give us insights into others outside our solar system," Schönbächler concludes. + Explorer plus loin

Stardust from red giants