Des micrométéorites provenant du système solaire externe

Vendredi, 5 avril 2013

Une équipe de chercheurs de plusieurs laboratoires français1 a caractérisé pour la première fois de la matière organique dans des micrométéorites de quelques dizaines de microns, collectées dans les neiges antarctiques. La composition chimique de ces micrométéorites indique qu'elles proviennent très probablement de régions situées au-delà de l'orbite de Neptune, et la matière organique qu'elles contiennent présente des teneurs en azote exceptionnellement élevées. Au-delà de l’orbite d’Uranus et Neptune, les deux dernières planètes du système solaire, orbitent de nombreux corps glacés, source des comètes de longue période, inaccessibles aujourd'hui à l'observation directe par les sondes ou les télescopes. L'analyse de ces micrométéorites permet donc d’appréhender les processus à l'œuvre dans les régions externes les plus froides du système solaire. Les résultats de cette étude et ses implications astrophysiques font l’objet d’un article dans la revue Icarus.

L’analyse de matériaux extraterrestres (météorites et micrométéorites) permet d'approfondir notre connaissance sur les origines du système solaire. L'ambition de telles études est de remonter à la chimie primordiale ayant eu lieu durant les premiers millions d’années du système solaire dans le disque de gaz et de poussière qui entourait le jeune soleil, bien avant la naissance des planètes, et de comprendre son évolution ultérieure2. Les micrométéorites sélectionnées pour cette étude ont été collectées à proximité de la station franco-italienne CONCORDIA (IPEV/PNRA) dans les régions centrales du continent antarctique. Ces micrométéorites sont extrêmement riches en matière carbonée, elles sont rares et ne représentent qu’environ 2% de l'ensemble des micrométéorites de cette collection.


Images en électrons secondaires de fragments (inserts) et spectres infrarouges de deux micrométéorites ultracarbonées DC060594 et DC060565. Les spectres sont acquis sur la ligne SMIS du synchrotron Soleil. Les spectres de ces particules montrent une signature similaire à celle d’un nitrure de carbone hydrogéné polyaromatique, avec une composante minérale mineure dans le cas de DC060594 (voir les signatures minérales de la forstérite et de l’enstatite pour comparaison). Les courbes A-E (issues de la littérature) représentent différents produits de synthèse de matière organique contenant de fortes teneurs en azote (10% à 30%). Le contenu en azote de ces micrométéorites indique qu’elles proviennent très probablement de la ceinture de Kuiper ou du nuage de Oort, les deux réservoirs cométaires contenant les objets les plus lointains liés gravitationnellement à notre étoile. Crédits : E. Dartois et al. CNRS/SOLEIL

Des analyses combinées en micro-spectroscopie infrarouge, Raman et spectrométrie de masse des ions secondaires ont été réalisées sur ces échantillons à l’échelle micrométrique2. Ces études révèlent une matière organique caractérisée par des concentrations en azote exceptionnellement élevées, qui s'apparente à un nitrure de carbone hydrogéné polyaromatique. Cette matière organique est très enrichie en deutérium (un isotope naturel de l'hydrogène), une signature caractéristique d'une évolution chimique dans un environnement de très basse température.

Le scénario astrophysique permettant d'expliquer la formation d'une matière organique aussi riche en azote n’est pas trivial. Il implique très probablement l’irradiation d’un corps céleste à très basse température, dans des conditions rencontrées dans les parties les plus externes du système solaire, au delà de la région de Neptune. La surface des petits corps glacés qui orbitent à de telles distances héliocentriques subissent une irradiation par le rayonnement cosmique galactique3. Sous l'effet de ce rayonnement, la matière organique réfractaire produite à la surface des objets couverts de glaces d'azote moléculaire et de méthane pourrait présenter les caractéristiques chimiques et isotopiques révélées par cette étude.

Il est possible que le corps parent d’où proviennent les poussières étudiées appartienne à la ceinture de Kuiper ou au nuage de Oort, les deux réservoirs cométaires contenant les objets les plus lointains liés gravitationnellement à notre étoile. La composition de la matière organique de ces micrométéorites ainsi que leur faible contenu en minéraux sont des caractéristiques différentes de celles observées dans les météorites primitives de type chondrite carbonée ou les échantillons collectés dans la coma de la comète Wild 2 par la mission NASA/Stardust. L'étude in situ de la composition des noyaux des comètes apporte des informations sur les processus de formation du système solaire. C'est l'un des objectifs de la sonde ROSETTA, qui en 2014, devrait permettre une avancée sur la connaissance des comètes à courte période, les plus proches de nous.

Note(s): 
  1. Les laboratoires impliqués : Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS, CNRS/Université Paris-Sud), Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM, CNRS/Université Paris-Sud), Institut de Planétologie et Astrophysique de Grenoble (IPAG, CNRS/Université Grenoble 1), Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay (ISMO, CNRS/ Université Paris-Sud), Laboratoire de Minéralogie et Cosmochimie du Muséum (LMCM, MNHM/CNRS)
  2. Les résultats ont été obtenus grâce à la ligne de lumière SMIS/Soleil, à la sonde électronique de l'équipe CAMPARIS à Jussieu, la NanoSIMS (financement CNRS, Région Île de France, MESR et MNHN). La collecte de micrométéorites a été effectuée à la station antarctique CONCORDIA grâce au soutien des instituts polaires Français et Italiens (IPEV et PNRA). Ce travail a bénéficié du soutien des projets ANR COSMISME (ANR-2010-BLAN-0502) et OGRESSE (ANR2011-BS56-026-01), ainsi que de l'INSU, de l'IN2P3, du CNES, du CNRS et de l'Université Paris-Sud. Cette recherche a bénéficié du Centre de Données de Strasbourg et de l'ADS de la NASA.
  3. Le rayonnement cosmique galactique est constitué de particules chargées de haute énergie provenant de la galaxie, qui sont accélérées lors de la fin de vie cataclysmique des étoiles massives.
Contact(s):
  • Emmanuel Dartois, Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS-CNRS/Université Paris-Sud))
    emmanuel [dot] dartois [at] ias [dot] u-psud [dot] fr, 01 69 85 86 38
  • Cécile Engrand, Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM-CNRS/Université Paris-Sud)
    cecile [dot] engrand [at] csnsm [dot] in2p3 [dot] fr, 01 69 15 52 95

La reprise des actualités du site est autorisée avec la mention "Source : Actualités du CNRS-INSU" et un lien pointant sur la page correspondante.