Lorsque notre Soleil était une jeune étoile, il y a 4,56 milliards d’années, ce qui est aujourd’hui notre système solaire n’était qu’un disque de poussière rocheuse et de gaz. Au cours de dizaines de millions d’années, de minuscules cailloux de poussière se sont fusionnés, comme une boule de neige roulant de moreover en moreover grosse, pour devenir des « planétésimaux » de la taille d’un kilomètre – les éléments constitutifs de la Terre et des autres planètes intérieures.
Les chercheurs tentent depuis longtemps de comprendre les environnements anciens dans lesquels se sont formés ces planétésimaux. Par exemple, l’eau est désormais abondante sur Terre, mais l’a-t-elle toujours été ? En d’autres termes, les planétésimaux qui se sont accumulés sur notre planète contenaient-ils de l’eau ?
Aujourd’hui, une nouvelle étude mix les données des météorites avec la modélisation thermodynamique et détermine que les premiers planétésimaux internes du système solaire doivent s’être formés en présence d’eau, remettant en query les modèles astrophysiques actuels du leading système solaire.
La recherche a été menée dans le laboratoire de Paul Asimow (MS ’93, PhD ’97), professeur Eleanor et John R. McMillan de géologie et géochimie et paraît dans la revue Nature Astronomy le 9 janvier.
Les chercheurs disposent d’échantillons des premières années du système solaire sous forme de météorites ferreuses. Ces météorites sont les restes des noyaux métalliques des premiers planétésimaux de notre système solaire qui ont évité de s’accréter dans une planète en development et ont plutôt tourné autour du système solaire avant de finalement tomber sur notre planète. Les compositions chimiques de météorites telles que celles-ci peuvent révéler des informations sur les environnements dans lesquels elles se sont formées et répondre à des concerns telles que celle de savoir si les éléments constitutifs de la Terre se sont formés loin de notre Soleil, là où des températures additionally froides ont permis l’existence de glace d’eau, ou s’ils se sont plutôt formés. moreover près du Soleil, où la chaleur aurait évaporé toute eau et aurait donné naissance à des planétésimaux secs. Si cette dernière hypothèse est correcte, alors la Terre se serait formée à sec et aurait obtenu son eau par une autre méthode plus tard au cours de son évolution.
Bien que les météorites elles-mêmes ne contiennent pas d’eau, les scientifiques peuvent déduire sa présence perdue depuis longtemps en examinant son impression sur d’autres éléments chimiques.
L’eau est composée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène. En présence d’autres éléments, l’eau transfère souvent son atome d’oxygène au cours d’un processus appelé oxydation. Par exemple, le fer métallique (Fe) réagit avec l’eau (H2O) pour previous de l’oxyde de fer (FeO). Un excès d’eau suffisant peut faire avancer le processus, produisant du Fe2O3 et du FeO(OH), les ingrédients de la rouille. Mars, par exemple, est recouverte d’oxyde de fer rouillé, ce qui prouve clairement que la planète rouge possédait autrefois de l’eau.
Damanveer Grewal, ancien chercheur postdoctoral de Caltech et leading auteur de la nouvelle étude, se spécialise dans l’utilisation des signatures chimiques des météorites ferreuses pour recueillir des informations sur les débuts du système solaire. Bien que tout oxyde de fer provenant des premiers planétésimaux ait disparu depuis longtemps, l’équipe a pu déterminer la quantité de fer qui aurait été oxydée en examinant la teneur en nickel métallique, en cobalt et en fer de ces météorites. Ces trois éléments devraient être présents dans des proportions à peu près égales par rapport aux autres matériaux primitifs, donc si du fer manquait, cela impliquerait que le fer avait été oxydé.
« Les météorites de fer ont été quelque peu négligées par la communauté de development des planètes, mais elles constituent de riches réserves d’informations sur la première période de l’histoire du système solaire, une fois que l’on a compris comment lire les signaux », explique Asimow. « La différence entre ce que nous avons mesuré dans les météorites internes du système solaire et ce à quoi nous nous attendions implique une activité de l’oxygène approximativement 10 000 fois supérieure. »
Les chercheurs ont découvert que les météorites ferreuses que l’on pensait provenir du système solaire interne contenaient à peu près la même quantité de fer métallique manquant que les météorites dérivées du système solaire externe. Pour que cela soit le cas, les planétésimaux des deux groupes de météorites doivent s’être formés dans une partie du système solaire où l’eau était présente, ce qui implique que les éléments constitutifs des planètes ont accumulé de l’eau dès le début.
Les signatures de l’eau dans ces planétésimaux remettent en concern de nombreux modèles astrophysiques actuels du système solaire. Si les planétésimaux se sont formés à la position orbitale actuelle de la Terre, l’eau n’aurait existé que si le système solaire interne était beaucoup plus froid que ce que prédisent actuellement les modèles. Alternativement, ils peuvent s’être formés plus loin, là où il faisait furthermore frais, et avoir migré vers l’intérieur.
« Si l’eau était présente dans les premiers éléments constitutifs de notre planète, d’autres éléments importants comme le carbone et l’azote étaient probablement également présents », explique Grewal. « Les ingrédients de la vie étaient peut-être présents dès le début dans les graines des planètes rocheuses. »
« Cependant, la méthode ne détecte que l’eau qui a été utilisée pour oxyder le fer », ajoute Asimow. « Il n’est pas sensible à l’excès d’eau qui pourrait previous l’océan. Ainsi, les conclusions de cette étude sont cohérentes avec les modèles d’accrétion terrestre qui appellent à l’ajout tardif de matériaux encore additionally riches en eau. »
L’article est intitulé « Accrétion des premiers planétésimaux internes du système solaire au-delà de la limite eau-neige ». Outre Asimow et Grewal, les co-auteurs sont Nicole X. Nie, ancienne chercheuse postdoctorale de Caltech, Bidong Zhang de l’UCLA et Andre Izidoro de l’Université Rice. Grewal est actuellement professeur adjoint à l’Arizona Condition College. Le financement a été fourni par une bourse postdoctorale de la Fondation Barr et par la NASA.
