Avant que notre système solaire n’ait des planètes, il avait des planétésimaux. Les scientifiques pensent que la plupart des météorites qui ont frappé la Terre sont des fragments de ces planétésimaux.
Les scientifiques pensent également que ces planétésimaux ont soit complètement fondu, très tôt dans leur histoire, soit qu’ils ne sont restés que des collections de roches, ou des “tas de gravats”.
Mais une famille de météorites, qui ont été trouvées un peu partout dans le monde, semble provenir d’un planétésimal qui a renversé cette tendance.
De nouvelles recherches montrent que cette famille de météorites semble provenir du même corps parent. Et elle fournit des preuves que le corps parent était à la fois fondu et un tas de décombres. Pour les scientifiques, c’est une énigme.
La nouvelle étude présentant ces résultats est intitulée “Meteorite evidence for partial differentiation and protracted accretion of planetesimals “. L’auteur principal est Clara Maurel, une étudiante diplômée du département des sciences de la terre, de l’atmosphère et des planètes (EAPS) du MIT. L’étude est publiée dans la revue Science Advances.
Notre système de classification des météorites part du principe qu’un seul corps parent ne peut être à l’origine de météorites fondues (chondritiques) et non fondues (achondritiques). Cela découle de notre compréhension de la formation des planétésimaux.
Les modèles montrent qu’ils se forment presque instantanément, ce qui les empêche d’être à la fois fondus et non fondus. On a longtemps supposé que les planétésimaux pouvaient être différenciés, avec des régions fondues et non fondues, mais les preuves ont été difficiles à trouver.
Mais cette étude pourrait l’avoir trouvée. Elle indique qu’il y avait peut-être plus de diversité dans les planétésimaux que nous le pensons. Selon l’équipe de chercheurs, le corps parent d’un groupe rare de météorites trouvées sur Terre devait être différencié, avec des couches fondues et non fondues.
Il possédait également un noyau métallique liquide. Et ce noyau produisait un puissant champ magnétique.
“C’est un exemple de planétésimal qui a dû avoir des couches fondues et non fondues. Cela encourage la recherche d’autres preuves de structures planétaires composites”, déclare l’auteur principal Maurel dans un communiqué de presse.
“La compréhension de l’ensemble du spectre des structures, des couches non fondues aux couches entièrement fondues, est essentielle pour déchiffrer comment les planétésimaux se sont formés au début du système solaire.”
Ce corps parent montre également que notre compréhension des planétésimaux, et de leur formation, n’est pas complète. Certaines propositions récentes suggèrent que les planétésimaux pourraient avoir mis plus d’un million d’années à se former, et ces résultats le confirment.
Dans ce laps de temps, selon les auteurs, “Cela aurait pu donner lieu à des structures internes partiellement différenciées, avec des corps individuels contenant des noyaux de fer, des manteaux de silicates achondritiques et des croûtes chondritiques.”
La clé était de trouver des météorites qui sont la preuve de ce processus, ce que les auteurs ont fait. On les appelle les fers IIE.
L’histoire de ces météorites bizarres commence aux premiers jours du système solaire, il y a environ 4,5 milliards d’années. Au début, notre système n’était qu’une masse tourbillonnante de gaz et de poussière.
Avec le temps, bien sûr, il s’est refroidi. Et la matière solide a commencé à entrer en collision et à fusionner, devenant les premiers planétésimaux. Ces planétésimaux sont la source de la plupart des météorites qui frappent la Terre, et la plupart des preuves montrent qu’ils proviennent de corps fondus (chondritiques) ou non fondus (achondritiques).
Mais qu’ils aient été fondus ou non, les chercheurs pensent que ces planétésimaux se sont formés assez tôt. Peut-être plus important encore, ils se seraient formés rapidement, en moins de quelques millions d’années.
S’ils se sont formés assez tôt, ils auraient contenu des éléments radiogéniques qui génèrent de la chaleur lorsqu’ils se décomposent en éléments plus stables. Au début de l’histoire du système solaire, il y avait plus d’éléments radiogéniques, et la chaleur de toute cette désintégration aurait pu faire fondre l’ensemble du planétésimal.
Les planétésimaux qui se sont formés plus tard n’auraient pas eu moins de matériaux radiogéniques, et n’auraient pas fondu. C’est la version bien ordonnée des choses qui nous a bien servi jusqu’à présent.
Les scientifiques n’ont pas trouvé beaucoup de preuves de corps qui pourraient se situer entre ces deux extrêmes, qu’ils appellent des planétésimaux intermédiaires. Ces intermédiaires auraient un mélange de matériaux fondus et non fondus.
Mais dans cette étude, les chercheurs se sont concentrés sur la famille de météorites ferreuses IIE, qui, selon l’équipe, est la preuve d’un planétésimal différencié avec un noyau magnétique.
“Ces ferrites IIE sont des météorites étranges”, a déclaré le co-auteur Benjamin Weiss, professeur à l’EAPS.
“Ils montrent à la fois des preuves qu’ils proviennent d’objets primordiaux qui n’ont jamais fondu, et des preuves qu’ils proviennent d’un corps qui a complètement ou du moins substantiellement fondu. Nous ne savions pas où les placer, et c’est ce qui nous a poussés à nous concentrer sur eux.”
Le planétésimal parent de ces énergumènes était probablement différencié comme la Terre, avec une croûte solide et un manteau liquide. Mais l’équipe de chercheurs s’est également demandé s’il avait un noyau métallique, également comme la Terre.
“Cet objet a-t-il suffisamment fondu pour que de la matière coule au centre et forme un noyau métallique comme celui de la Terre ?” Dit Maurel. “C’était la pièce manquante de l’histoire de ces météorites”
Mais le noyau de fer fondu de la Terre produit un puissant champ magnétique. Si le planétésimal avait un noyau métallique, ne générerait-il pas lui aussi un champ magnétique ? Et n’y aurait-il pas des preuves de cela à l’intérieur des météorites ?
Lorsque certains matériaux fondus se solidifient en présence d’un champ magnétique, ils s’alignent sur ce dernier comme l’aiguille d’une boussole. Certains minéraux conservent cette trace pendant des milliards d’années.
Pour le savoir, l’équipe a trouvé des échantillons de météorites de fer IIE et les a testés au Lawrence Berkeley National Laboratory. Ils ont utilisé la source lumineuse avancée (ALS) du laboratoire, qui produit des rayons X qui interagissent avec les grains minéraux.
Ils ont cherché un minéral composé de fer et de nickel qui interagit d’une certaine manière avec les rayons X. Cette interaction, à l’échelle du nanomètre, est une des caractéristiques de la météorite. Cette interaction, à l’échelle du nanomètre, peut révéler l’orientation magnétique des minéraux.
L’équipe a trouvé ce qu’elle soupçonnait : les électrons de certains grains minéraux étaient alignés magnétiquement. C’est la preuve qu’ils se sont refroidis dans un champ magnétique. Les chercheurs ont également constaté que le champ magnétique du planétésimal pouvait être aussi puissant que celui de la Terre.
Après une analyse plus approfondie, les chercheurs ont conclu que le champ magnétique avait la même source que celui de la Terre : un noyau métallique liquide. Ils ont également été en mesure de calculer la taille de ce noyau métallique. Selon l’équipe, le noyau était probablement large de plusieurs dizaines de kilomètres.
Ces planétésimaux complexes et mixtes, avec des composants à la fois fondus et solides, auraient mis plus de temps à se former. Plusieurs millions d’années, selon l’auteur principal Maurel. Et c’est beaucoup plus long que ce que montrent les modèles existants.
L’équipe de chercheurs avait une autre question : d’où venaient ces météorites dans le corps parent ?
Elles ne pouvaient pas provenir du noyau métallique liquide qui a généré le champ magnétique. En effet, les météorites se sont évidemment solidifiées en présence du champ magnétique, alors que le noyau ne produit ce champ qu’à l’état liquide. Les météorites ont dû venir de quelque part à l’extérieur du noyau, où la roche s’est solidifiée en présence du champ magnétique du noyau liquide.
Après d’autres travaux, notamment des simulations à haute vitesse de différents scénarios de formation des météorites, les chercheurs ont trouvé une réponse possible.
Leurs simulations ont montré que si un corps parent avec un noyau en fusion entrait en collision avec un autre objet, il est possible que de la matière soit délogée du noyau. Cette matière pourrait se retrouver plus près de la surface, d’où proviennent les météorites.
IMAGE : Ce graphique de l’étude montre les résultats de l’un des scénarios d’impact. Il montre un planétésimal différencié d’un rayon de 170 km, comprenant un noyau de fer de 60 km de rayon et une couche externe de 110 km de rayon. Sur la moitié gauche de chaque panneau figurent les matériaux constitutifs du corps, et sur la moitié droite de chacun la température. À la fin de la matière, de petites quantités du noyau sont placées dans la moitié supérieure de la couche externe
“Au fur et à mesure que le corps se refroidit, les météorites dans ces poches vont imprimer ce champ magnétique dans leurs minéraux. À un moment donné, le champ magnétique va se désintégrer, mais l’empreinte va rester”, explique Maurel.
“Par la suite, ce corps va subir beaucoup d’autres collisions jusqu’aux collisions ultimes qui vont placer ces météorites sur la trajectoire de la Terre.”
Quelle longue et tortueuse histoire pour un morceau de roche.
La dernière question à se poser est la suivante : quelle est la fréquence de ces planétésimaux différenciés ? S’agit-il d’une aberration, ou y en a-t-il beaucoup d’autres ?
Cette réponse est hors de portée, pour l’instant. Mais quelle que soit la réponse, nous la trouverons probablement dans la ceinture d’astéroïdes, qui abrite des légions d’objets rocheux primordiaux.
“La plupart des corps de la ceinture d’astéroïdes ne semblent pas avoir fondu à leur surface”, explique Weiss. “Si nous sommes un jour capables de voir à l’intérieur des astéroïdes, nous pourrions tester cette idée. Peut-être que certains astéroïdes sont fondus à l’intérieur, et que des corps comme ce planétésimal sont en fait courants.”