Les « grains présolaires » sont des particules de matière solides antérieures à la formation du Système solaire. Ils sont nés de l’éjection et du refroidissement d’une partie du gaz issu des étoiles présolaires, et certains ont été incorporés à des météorites que l’on retrouve aujourd’hui sur Terre. C’est notamment le cas de la météorite de Murchison, à l’intérieur de laquelle des géochimistes ont retrouvé des grains présolaires âgés de plus de 5.5 milliards d’années. 

Selon une nouvelle étude publiée dans la revue PNAS, les grains de poussière microscopiques ont été forgés dans une étoile éloignée il y a entre 5 et 7 milliards d’années. En comparaison, notre Soleil n’a que 4.6 milliards d’années. Pour finir, ces grains ont été transportés sur Terre par une météorite.

« Ce sont les matériaux solides les plus anciens jamais trouvés, et ils nous racontent comment les étoiles se sont formées dans notre galaxie » déclare le cosmochimiste Philipp Heck, du Field Museum of Natural History et de l’Université de Chicago.

Bien qu’il ne soit pas rare que les météorites contiennent des grains de matière antérieurs au Système solaire — appelés « grains présolaires », ils sont difficiles à identifier car les morceaux sont petits et profondément enfouis dans la roche.

L’analyse moderne du carbure de silicium de la météorite de Murchison

Une météorite connue pour contenir des grains présolaires est la météorite de Murchison, un gros morceau de plus de 100 kilogrammes de roche spatiale qui a explosé dans le ciel en septembre 1969 au-dessus de Murchison, en Australie, dispersant ses fragments partout.

Le Field Museum a acquis 52 kg de météorite de Murchison et a passé beaucoup de temps à l’étudier. Un grand nombre de grains microscopiques d’un minéral appelé carbure de silicium provenant de l’intérieur de la météorite ont été identifiés comme interstellaires — et donc présolaires — en 1990, mais un âge précis a été plus difficile à déterminer.

Un tas de ces grains de carbure de silicium avait déjà été isolé de la météorite dans les années 1990, en broyant la météorite en poudre et en dissolvant le silicate indésirable avec de l’acide. À l’époque, les outils que les scientifiques utilisaient pour analyser ces grains n’étaient pas aussi avancés qu’aujourd’hui, alors Heck et son équipe ont décidé de soumettre les grains à toute la gamme des tests modernes.

Des grains présolaires âgés de plus de 5.5 milliards d’années

Ils ont utilisé la microscopie électronique à balayage, la spectrométrie de masse des ions secondaires et la spectrométrie de masse des gaz nobles, à la recherche des effets de l’exposition au rayonnement cosmique, qui peut pénétrer des matériaux solides tels que les météorites et laisser sa marque sur les grains de carbure de silicium.

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grains microscope

Vues au microscope électronique à balayage de la structure des grains présolaires. Crédits : Philipp R. Heck et al. 2019

« Certains de ces rayons cosmiques interagissent avec la matière et forment de nouveaux éléments. Et plus ils sont exposés longtemps, plus ces éléments se forment. Je compare cela à la mise en place d’un seau dans une tempête de pluie. En supposant que les précipitations sont constantes, la quantité d’eau qui s’accumule dans le seau vous indique combien de temps elle a été exposée » explique Heck.

taille grains

Graphique montrant la taille des grains présolaires en fonction de leur âge. Les plus petits grains sont les plus âgés. Crédits : Philipp R. Heck et al. 2019

Quarante grains présolaires de carbure de silicium ont été analysés pour détecter des traces des éléments particuliers en question — hélium-3 et néon-21 ; ceux-ci ont révélé l’âge des grains. Quelques-uns étaient assez âgés, plus de 5.5 milliards d’années, mais la plupart étaient plus jeunes, entre 4.6 et 4.9 milliards d’années. Ce grand nombre de grains plus jeunes était inattendu, révélant une surprise sur l’histoire de la Voie lactée.

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Grains présolaires : ils offrent d’importants indices sur la dynamique de la formation stellaire

« Notre hypothèse est que la majorité de ces grains, qui sont âgés de 4.9 à 4.6 milliards d’années, se sont formés dans un épisode de formation d’étoiles accrue. Il y a eu un moment avant le début du système solaire où plus d’étoiles se sont formées que la normale ». Cette période de formation d’étoiles daterait d’environ 7 milliards d’années, selon les résultats de l’équipe.

Alors que les étoiles atteignaient des stades avancés de leur évolution, les grains se seraient condensés en flux et auraient été soufflés dans l’espace, pour être ensuite repris et incorporés dans ce qui allait devenir la météorite de Murchison. La découverte d’une importante formation d’étoiles dans des grains microscopiques incrustés dans une météorite, confirme que la formation d’étoiles est variable.

« Certaines personnes pensent que le taux de formation d’étoiles de la galaxie est constant. Mais grâce à ces grains, nous avons maintenant des preuves directes d’une période de formation d’étoiles accrue dans notre galaxie, il y a 7 milliards d’années, avec des échantillons de météorites. C’est l’une des principales conclusions de notre étude » concluent les chercheurs.

Sources : PNAS

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