Azote, Des planètes semblables à la Terre peuvent se former si leur matière première se développe rapidement pour atteindre des embryons planétaires de la taille de la Lune et de Mars avant de se séparer en atmosphère de noyau-manteau-croûte, selon les scientifiques de l'Université Rice. Si la différenciation métal-silicate est plus rapide que la croissance des corps planétaires de la taille d'un embryon, alors les réservoirs solides ne retiennent pas beaucoup d'azote et les planètes qui poussent à partir de telles matières premières deviennent extrêmement pauvres en azote. Crédit :Amrita P. Vyas/Université Rice
Les perspectives de vie sur une planète donnée dépendent non seulement de l'endroit où elle se forme, mais aussi de la manière dont, selon les scientifiques de l'Université Rice.
Des planètes comme la Terre qui orbitent dans la zone Boucle d'or d'un système solaire, avec des conditions favorisant l'eau liquide et une atmosphère riche, sont plus susceptibles d'abriter la vie. Comme il s'avère, comment cette planète s'est réunie détermine également si elle a capturé et retenu certains éléments et composés volatils, dont l'azote, carbone et eau, qui font naître la vie.
Dans une étude publiée dans Géosciences de la nature , L'étudiant diplômé de Rice et auteur principal Damanveer Grewal et le professeur Rajdeep Dasgupta montrent la compétition entre le temps qu'il faut pour que le matériau s'accumule dans une protoplanète et le temps qu'il faut pour que la protoplanète se sépare en ses couches distinctes - un noyau métallique, une coquille de manteau de silicate et une enveloppe atmosphérique dans un processus appelé différenciation planétaire—est essentiel pour déterminer quels éléments volatils la planète rocheuse retient.
En utilisant l'azote comme proxy pour les volatiles, les chercheurs ont montré que la plupart de l'azote s'échappe dans l'atmosphère des protoplanètes lors de la différenciation. Cet azote est ensuite perdu dans l'espace lorsque la protoplanète se refroidit ou entre en collision avec d'autres protoplanètes ou corps cosmiques au cours de la prochaine étape de sa croissance.
Ce processus épuise l'azote dans l'atmosphère et le manteau des planètes rocheuses, mais si le noyau métallique retient suffisamment, il pourrait encore être une source importante d'azote lors de la formation de planètes semblables à la Terre.
Les géochimistes de l'Université Rice ont analysé des échantillons expérimentaux de métaux et de silicates coexistants pour apprendre comment ils interagiraient chimiquement lorsqu'ils seraient placés sous des pressions et des températures similaires à celles subies par les protoplanètes en différenciation. En utilisant l'azote comme proxy, ils théorisent que la façon dont une planète se rassemble a des implications pour savoir si elle capture et retient les éléments volatils essentiels à la vie. Crédit :Tommy LaVergne/Université Rice
Le laboratoire à haute pression de Dasgupta à Rice a capturé la différenciation protoplanétaire en action pour montrer l'affinité de l'azote envers les noyaux métalliques.
"Nous avons simulé des conditions de haute pression-température en soumettant un mélange de métal azoté et de poudres de silicate à près de 30, 000 fois la pression atmosphérique et en les chauffant au-delà de leur point de fusion, " a déclaré Grewal. " De petites taches métalliques incrustées dans les verres de silicate des échantillons récupérés étaient les analogues respectifs des noyaux et des manteaux protoplanétaires. "
En utilisant ces données expérimentales, les chercheurs ont modélisé les relations thermodynamiques pour montrer comment l'azote se répartit dans l'atmosphère, silicate fondu et noyau.
« On s'est rendu compte que le fractionnement de l'azote entre tous ces réservoirs est très sensible à la taille du corps, " dit Grewal. " En utilisant cette idée, nous pourrions calculer comment l'azote se serait séparé entre les différents réservoirs de corps protoplanétaires au fil du temps pour finalement construire une planète habitable comme la Terre."
Leur théorie suggère que les matières premières pour la Terre se sont développées rapidement pour atteindre des embryons planétaires de la taille de la Lune et de Mars avant qu'ils n'aient terminé le processus de différenciation en l'arrangement familier métal-silicate-vapeur de gaz.
Damanveer Grewal, étudiant diplômé de l'Université Rice, la gauche, et le géochimiste Rajdeep Dasgupta discutent de leurs expériences en laboratoire, où ils compressent des mélanges complexes d'éléments pour simuler des conditions profondes dans les protoplanètes et les planètes. Dans une nouvelle étude, ils ont déterminé que la façon dont une planète se rassemble a des implications pour savoir si elle capture et retient les éléments volatils, dont l'azote, carbone et eau, indispensable à la vie. Crédit :Tommy LaVergne/Université Rice
En général, ils estiment que les embryons se sont formés dans les 1 à 2 millions d'années suivant le début du système solaire, bien plus tôt que le temps qu'il leur a fallu pour se différencier complètement. Si le taux de différenciation était plus rapide que le taux d'accrétion pour ces embryons, les planètes rocheuses qui se forment à partir d'eux n'ont pas pu accumuler assez d'azote, et probablement d'autres volatiles, essentiel au développement de conditions favorables à la vie.
"Nos calculs montrent que la formation d'une planète de la taille de la Terre via des embryons planétaires qui se sont développés extrêmement rapidement avant de subir une différenciation métal-silicate établit une voie unique pour satisfaire le budget d'azote de la Terre, " dit Dasgupta, le chercheur principal de CLEVER Planets, un projet collaboratif financé par la NASA explorant comment des éléments essentiels à la vie auraient pu se réunir sur des planètes rocheuses de notre système solaire ou à distance, exoplanètes rocheuses.
"Ce travail montre qu'il y a une affinité beaucoup plus grande de l'azote envers le liquide métallique formant le noyau qu'on ne le pensait auparavant, " il a dit.
L'étude fait suite à des travaux antérieurs, une montrant comment l'impact d'un corps lunaire aurait pu donner à la Terre une grande partie de son contenu volatil, et un autre suggérant que la planète a tiré plus de son azote de sources locales dans le système solaire qu'on ne le croyait autrefois.
Dans cette dernière étude, Grewal a dit, "Nous avons montré que les protoplanètes poussant à la fois dans les régions intérieures et extérieures du système solaire accumulaient de l'azote, et la Terre a obtenu son azote en accrétant des protoplanètes de ces deux régions. Cependant, on ne savait pas comment le bilan azoté de la Terre était établi."
"Nous faisons une grande affirmation qui ira au-delà du simple sujet de l'origine des éléments volatils et de l'azote, et aura un impact sur un échantillon représentatif de la communauté scientifique intéressée par la formation et la croissance des planètes, " a déclaré Dasgupta.
