Les écoulements riches en poussière d'étoiles évoluées similaires à la nébuleuse de l'œuf illustrée sont des sources plausibles des gros grains de carbure de silicium présolaires trouvés dans des météorites comme Murchison. Crédit :NASA, W. Sparks (STScI) et R. Sahai (JPL). Encart :grain SiC d'environ 8 micromètres dans sa dimension la plus longue. Image en médaillon avec l'aimable autorisation de Janaína N. Ávila.
Les étoiles ont des cycles de vie. Ils naissent lorsque des morceaux de poussière et de gaz flottant dans l'espace se rencontrent et s'effondrent les uns sur les autres et se réchauffent. Ils brûlent pendant des millions à des milliards d'années, et puis ils meurent. Quand ils meurent, ils projettent les particules qui se sont formées dans leurs vents dans l'espace, et ces morceaux de poussière d'étoiles finissent par former de nouvelles étoiles, ainsi que de nouvelles planètes, lunes et météorites. Et dans une météorite tombée il y a cinquante ans en Australie, les scientifiques ont maintenant découvert de la poussière d'étoile qui s'est formée il y a 5 à 7 milliards d'années, le plus ancien matériau solide jamais trouvé sur Terre.
"C'est l'une des études les plus passionnantes sur lesquelles j'ai travaillé, " dit Philipp Heck, conservateur au Field Museum, professeur agrégé à l'Université de Chicago, et auteur principal d'un article décrivant les résultats de PNAS . "Ce sont les matériaux solides les plus anciens jamais trouvés, et ils nous racontent comment les étoiles se sont formées dans notre galaxie."
Les matériaux que Heck et ses collègues ont examinés sont appelés grains-minéraux présolaires formés avant la naissance du Soleil. "Ce sont de solides échantillons d'étoiles, vraie poussière d'étoile, " dit Heck. Ces morceaux de poussière d'étoiles se sont retrouvés piégés dans des météorites où ils sont restés inchangés pendant des milliards d'années, ce qui en fait des capsules temporelles d'avant le système solaire.
Mais les grains présolaires sont difficiles à trouver. ils sont rares, trouvé seulement dans environ cinq pour cent des météorites qui sont tombées sur Terre, et ils sont minuscules - une centaine des plus gros correspondrait au point à la fin de cette phrase. Mais le Field Museum possède la plus grande partie de la météorite de Murchison, un trésor de grains présolaires tombés en Australie en 1969 et que les habitants de Murchison, Victoria, mis à la disposition de la science. Les grains présolaires pour cette étude ont été isolés de la météorite Murchison pour cette étude il y a environ 30 ans à l'Université de Chicago.
"Ça commence par écraser des fragments de la météorite en poudre, " explique Jennika Greer, un étudiant diplômé du Field Museum et de l'Université de Chicago et co-auteur de l'étude. "Une fois que toutes les pièces sont séparées, c'est une sorte de pâte, et il a une caractéristique piquante - ça sent le beurre de cacahuète pourri."
Cette "pâte pourrie-beurre de cacahuète-météorite" a ensuite été dissoute avec de l'acide, jusqu'à ce que seuls les grains présolaires restent. "C'est comme brûler une botte de foin pour trouver l'aiguille, " dit Heck.
Une fois les grains présolaires isolés, les chercheurs ont déterminé de quels types d'étoiles elles provenaient et quel âge elles avaient. "Nous avons utilisé des données d'âge d'exposition, qui mesure essentiellement leur exposition aux rayons cosmiques, qui sont des particules de haute énergie qui traversent notre galaxie et pénètrent dans la matière solide, " explique Heck. " Certains de ces rayons cosmiques interagissent avec la matière et forment de nouveaux éléments. Et plus ils sont exposés, plus ces éléments se forment.
« Je compare cela avec le fait de sortir un seau pendant une tempête de pluie. En supposant que les précipitations soient constantes, la quantité d'eau qui s'accumule dans le seau vous indique combien de temps il a été exposé, " ajoute-t-il. En mesurant combien de ces nouveaux éléments produits par les rayons cosmiques sont présents dans un grain présolaire, nous pouvons dire combien de temps il a été exposé aux rayons cosmiques, qui nous dit quel âge il a.
Les chercheurs ont appris que certains des grains présolaires de leur échantillon étaient les plus anciens jamais découverts, d'après le nombre de rayons cosmiques qu'ils avaient absorbés, la plupart des grains devaient avoir 4,6 à 4,9 milliards d'années, et certains grains avaient même plus de 5,5 milliards d'années. Pour le contexte, notre Soleil a 4,6 milliards d'années, et la Terre est de 4,5 milliards.
Micrographie électronique à balayage d'un grain de carbure de silicium présolaire daté. Le grain mesure environ 8 micromètres dans sa dimension la plus longue. Crédit :Janaína N. Ávila.
Mais l'âge des grains présolaires n'était pas la fin de la découverte. Puisque les grains présolaires se forment lorsqu'une étoile meurt, ils peuvent nous raconter l'histoire des étoiles. Et il y a 7 milliards d'années, il y avait apparemment une récolte exceptionnelle de nouvelles étoiles formant une sorte de baby-boom astral.
"Nous avons plus de jeunes grains que nous attendions, " dit Heck. "Notre hypothèse est que la majorité de ces grains, qui ont 4,9 à 4,6 milliards d'années, formé dans un épisode de formation d'étoiles renforcée. Il fut un temps avant le début du système solaire où plus d'étoiles se formaient que la normale."
Cette découverte est une arme dans un débat entre scientifiques sur la formation de nouvelles étoiles à un rythme régulier ou non, ou s'il y a des hauts et des bas dans le nombre de nouvelles étoiles au fil du temps. "Certaines personnes pensent que le taux de formation d'étoiles de la galaxie est constant, " dit Heck. " Mais grâce à ces grains, nous avons maintenant des preuves directes d'une période de formation accrue d'étoiles dans notre galaxie il y a sept milliards d'années avec des échantillons de météorites. C'est l'une des principales conclusions de notre étude."
Heck note que ce n'est pas la seule chose inattendue que son équipe a trouvée. Comme presque une note latérale aux principales questions de recherche, en examinant la façon dont les minéraux contenus dans les grains interagissaient avec les rayons cosmiques, les chercheurs ont également appris que les grains présolaires flottent souvent dans l'espace collés les uns aux autres en grands amas, "comme le granola, " dit Heck. " Personne ne pensait que c'était possible à cette échelle. "
Heck et ses collègues attendent avec impatience toutes ces découvertes qui approfondiront notre connaissance de notre galaxie. "Avec cette étude, nous avons directement déterminé les durées de vie de la poussière d'étoile. Nous espérons que cela sera repris et étudié afin que les gens puissent l'utiliser comme entrée pour les modèles de l'ensemble du cycle de vie galactique, " il dit.
Heck note qu'il reste toute une vie à se poser des questions sur les grains présolaires et le système solaire primitif. "J'aimerais que plus de personnes y travaillent pour en savoir plus sur notre galaxie d'origine, la voie Lactée, " il dit.
"Une fois appris à ce sujet, comment veux-tu étudier autre chose ?" dit Greer. "C'est génial, c'est la chose la plus intéressante au monde."
"J'ai toujours voulu faire de l'astronomie avec des échantillons géologiques que je peux tenir dans ma main, " dit Heck. " C'est tellement excitant de regarder l'histoire de notre galaxie. La poussière d'étoile est le matériau le plus ancien à atteindre la Terre, et de là, nous pouvons en apprendre davantage sur nos étoiles mères, l'origine du carbone dans notre corps, l'origine de l'oxygène que nous respirons. Avec de la poussière d'étoile, nous pouvons retracer ce matériel jusqu'à l'époque avant le Soleil."
"C'est la meilleure chose à faire pour pouvoir prélever un échantillon directement sur une étoile, " dit Greer.
