En analysant des carottes de glace antarctiques couvrant une période de 40 000 à 81 000 ans avant notre ère, des chercheurs ont identifié de nouveaux indices suggérant que la Terre et le Système solaire traversent un nuage de débris provenant d’anciennes supernovas qui auraient explosé il y a des millions d’années. Les échantillons présentaient notamment des traces de fer-60, une forme rare de fer radioactif produite au cœur des étoiles et dispersée lors des explosions de supernovas.
Le Système solaire traverse des régions interstellaires galactiques dynamiques tout au long de son évolution. Le milieu interstellaire galactique que le Système solaire traverse actuellement est un ensemble de 15 nuages chauds et diffus communément appelés « complexe ou amas de nuages interstellaires locaux (CLIC) » et qui se serait formé au cours du dernier million d’années.
Plus précisément, le Système solaire traverse une région du CLIC appelée Nuage Interstellaire Local (LIC), dont la formation remonterait à environ 130 000 ans. Des études antérieures ont montré que la Terre est exposée au fer-60 provenant probablement d’explosions de supernovas proches il y a des millions d’années.
Les données suggèrent que le LIC pourrait donc être en partie composé de débris d’anciennes supernovas. Cependant, aucune explosion de supernova connue jusqu’ici ne semble correspondre à cette date, ce qui a semé le doute quant à l’origine du fer-60 trouvé dans de la glace relativement récente en Antarctique.
« Notre hypothèse était que le nuage interstellaire local contient du fer-60 et peut le stocker pendant de longues périodes. Lorsque le système solaire traverse ce nuage, la Terre pourrait accumuler ce matériau. Cependant, nous n’avons pas pu le prouver à l’époque », explique dans un communiqué Dominik Koll, de l’Institut de physique des faisceaux d’ions et de recherche sur les matériaux du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).
Dans leur étude publiée dans Physical Review Letters, Koll et ses collègues affirment avoir de nouveaux éléments renforçant l’hypothèse selon laquelle le Système solaire traverse des débris d’anciennes supernovas, après l’analyse d’échantillons de glace beaucoup plus anciens.
« Cela signifie que les nuages qui entourent le système solaire sont liés à une explosion stellaire. Et pour la première fois, cela nous donne l’occasion d’étudier l’origine de ces nuages », explique Koll.
« Chercher une aiguille dans une botte de foin… »
Afin de déterminer l’origine du fer-60 retrouvé en Antarctique, l’équipe de Koll a prélevé d’autres échantillons comparatifs provenant de sédiments de fonds marins vieux de 30 000 ans. Mais si les échantillons contenaient effectivement du fer-60, leurs caractéristiques ne permettaient pas d’exclure complètement d’autres explications.
Les chercheurs estiment que le Système solaire a commencé à pénétrer le LIC il y a plusieurs dizaines de milliers d’années et devrait en sortir d’ici quelques milliers d’années. Il se situerait notamment actuellement près de la limite extérieure de ce nuage. Pour leur nouvelle étude, les chercheurs se sont alors concentrés sur une carotte de glace couvrant la période où le système solaire aurait pu pénétrer dans le LIC et qui a été prélevée dans le cadre du projet européen de forage de glace EPICA.
Près de 300 kilogrammes d’échantillons de glace antarctique ont été traités chimiquement pour extraire quelques centaines de milligrammes de poussière susceptibles de contenir les éléments métalliques. Pour isoler le fer-60, les chercheurs ont testé les échantillons avec deux autres isotopes radioactifs, le béryllium-10 et l’aluminium-26. Les niveaux attendus de ces isotopes dans la glace antarctique étant déjà bien connus, l’équipe a pu vérifier qu’aucun fer-60 n’avait été perdu lors de la manipulation des échantillons.
Afin de confirmer que les éléments isolés étaient bien du fer-60, les experts ont utilisé l’accélérateur d’ions lourds (HIAF) de l’Université nationale australienne, capable de détecter des quantités extrêmement faibles de fer-60.
Le dispositif utilise un système de filtres électriques et magnétiques pour séparer les atomes en fonction de leur masse jusqu’à ce qu’il ne reste que quelques atomes de fer-60 d’un échantillon qui contenait initialement 10 000 milliards d’atomes.
« C’est comme chercher une aiguille dans une botte de foin, dans 50 000 stades de football remplis à ras bord. La machine trouve l’aiguille en une heure », explique Annabel Rolofs, de l’université de Bonn et coauteure de l’étude.
Des signaux variant fortement sur quelques dizaines de milliers d’années
En comparant les résultats des nouveaux échantillons de glace avec les mesures effectuées antérieurement sur d’autres carottes et sur les sédiments des grands fonds marins, les chercheurs ont constaté que les dépôts de fer-60 mesurés dans les glaces étaient plus faibles il y a 40 000 à 81 000 ans qu’aujourd’hui. D’après Koll, « cela suggère que nous étions auparavant dans un milieu à plus faible teneur en fer-60, ou que le nuage lui-même présente de fortes variations de densité ».
En d’autres termes, les signaux du fer-60 varient significativement sur des périodes de seulement quelques dizaines de milliers d’années, ce qui est relativement court à l’échelle cosmique. D’après l’équipe, cela permettrait d’écarter d’autres hypothèses et renforce celle selon laquelle ce matériau proviendrait d’explosions de supernovas plus anciennes qui se seraient lentement estompées sur des millions d’années.
En prochaine étape, l’équipe prévoit d’analyser des échantillons de carottes de glace encore plus anciennes, datant notamment d’avant l’entrée du Système solaire dans le LIC afin de déterminer plus précisément quand il a commencé à pénétrer dans le nuage.
Source : Physical Review Letters
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