En utilisant l'instrument SAPHiR à la source de neutrons de recherche Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) à l'Université technique de Munich (TUM), une équipe scientifique a pour la première fois simulé la formation d'une classe de météorites ferro-pierreuses, les pallasites, à titre purement expérimental. Les photos montrent une tranche d'une vraie pallasite. Crédit :Dr Nicolas P. Walte / TUM
Les météorites nous donnent un aperçu du développement précoce du système solaire. En utilisant l'instrument SAPHiR à la source de neutrons de recherche Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) à l'Université technique de Munich (TUM), une équipe scientifique a pour la première fois simulé la formation d'une classe de météorites ferro-pierreuses, les pallasites, à titre purement expérimental.
"Les pallasites sont les météorites optiquement les plus belles et les plus inhabituelles, " dit le Dr Nicolas Walte, le premier auteur de l'étude, d'une voix enthousiaste. Elles appartiennent au groupe des météorites pierreuses et ferreuses et sont constituées de cristaux d'olivine verte incrustés de nickel et de fer. Malgré des décennies de recherche, leurs origines exactes sont restées entourées de mystère.
Pour résoudre cette énigme, Dr Nicolas Walte, un instrumentiste au Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) à Garching, avec des collègues du Bavarian Geoinstitute de l'Université de Bayreuth et de la Royal Holloway University de Londres, ont étudié le processus de formation de la pallasite. Dans un premier, ils ont réussi à reproduire expérimentalement les structures de tous les types de pallasites.
Déploiement de l'instrument SAPHiR
Pour ses expérimentations, l'équipe a utilisé la presse multi-enclumes SAPHiR qui a été mise en place sous la direction du professeur Hans Keppler du Bavarian Geoinstitute au MLZ et la presse similaire MAVO à Bayreuth. Bien que les neutrons du FRM II n'aient pas encore été introduits dans SAPHiR, des expériences sous hautes pressions et à hautes températures peuvent déjà être réalisées.
"Avec une force de presse de 2400 tonnes, SAPHiR peut exercer une pression de 15 gigapascals (GPa) sur des échantillons à plus de 2000 °C, " explique Walte. " C'est le double des pressions nécessaires pour convertir le graphite en diamant. " Pour simuler la collision de deux corps célestes, l'équipe de recherche a exigé une pression de seulement 1 GPa à 1300 °C.
Vue dans la presse multi-enclumes SAPHiR à la source de neutrons de recherche Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) à l'Université technique de Munich (TUM). Avec une pression de 1 GPa à 1300 °C, l'équipe de recherche a simulé la collision de deux corps célestes. Dans un premier, ils ont réussi à reproduire expérimentalement les structures de tous les types de pallasites. Crédit :Wenzel Schuermann/TUM
Comment se forment les pallasites ?
Jusque récemment, on pense que les pallasites se forment à la frontière entre le noyau métallique et le manteau rocheux des astéroïdes. Selon un scénario alternatif, les pallasites se forment plus près de la surface après la collision avec un autre corps céleste. Pendant l'impact, le fer en fusion du noyau de l'impacteur se mélange au manteau riche en olivine du corps parent.
Les expérimentations menées ont maintenant confirmé cette hypothèse d'impact. Une autre condition préalable à la formation de pallasites est que le noyau de fer et le manteau rocheux de l'astéroïde se soient préalablement partiellement séparés.
Tout cela s'est produit peu de temps après leur formation il y a environ 4,5 milliards d'années. Au cours de cette phase, les astéroïdes se sont réchauffés jusqu'à ce que les composants métalliques les plus denses fondent et s'enfoncent au centre des corps célestes.
La principale conclusion de l'étude est que les deux processus—la séparation partielle du noyau et du manteau, et l'impact ultérieur d'un autre corps céleste - sont nécessaires à la formation des pallasites.
Impact d'un petit astéroïde sur un plus gros. Lors de l'impact, le fer fondu du noyau du corps impactant se mélange à la couche riche en olivine du corps de la mère. Crédit :Reiner Mueller/TUM
Un aperçu des origines du système solaire
"Généralement, Les météorites sont les plus anciens constituants directement accessibles de notre système solaire. L'âge du système solaire et ses débuts sont déduits principalement de l'étude des météorites, " explique Walt.
"Comme beaucoup d'astéroïdes, la Terre et la Lune sont stratifiées en plusieurs couches, composé d'un noyau, manteau et croûte, " dit Nicolas Walte. " De cette façon, des mondes complexes ont été créés par l'agglomération de débris cosmiques. Dans le cas de la Terre, cela a finalement jeté les bases de l'émergence de la vie."
Les expériences à haute pression et la comparaison avec les pallasites mettent en évidence des processus importants qui se sont produits au début du système solaire. Les expériences de l'équipe fournissent de nouvelles informations sur la collision et le mélange de matériaux de deux corps célestes et le refroidissement rapide qui s'ensuit. Ceci sera étudié plus en détail dans des études futures.
