Illustration montrant le vaisseau spatial Hayabusa2 récupérant un échantillon de la surface de l’astéroïde Ryugu. Crédit : Akihiro Ikeshita
Imaginez ouvrir une capsule temporelle dans l’espoir d’en apprendre davantage sur le passé lointain. Sauf qu’au lieu d’une boîte ou d’un coffre, il s’agit d’un astéroïde qui pourrait nous donner un aperçu de l’aube de la vie sur Terre.
C’est la situation à laquelle les chercheurs utilisant l’Advanced Light Source (ALS) ont été confrontés. Comme l’ALS est un établissement utilisateur du Bureau des sciences du Département de l’énergie (DOE), l’équipe qui y travaille voit de nombreux objets inhabituels, allant des matériaux pour cellules solaires aux particules influencées par les incendies de forêt. Mais même pour cet équipage, un échantillon d’astéroïde était inhabituel.
Heureusement, les outils innovants disponibles à l’ALS leur ont permis d’aider les scientifiques à creuser l’histoire de ces roches livrées depuis l’espace.
Tout comme l’étude des roches sur Terre peut nous renseigner sur l’histoire ancienne de la Terre, l’étude des petits corps primitifs tels que les astéroïdes, les météorites et les comètes peut nous renseigner sur l’histoire de notre système solaire.
Les chondrites sont un type de météorite particulièrement utile. Elles sont indifférenciées et chimiquement primitives. Les roches qu’elles contiennent remontent à la poussière et aux petits grains du système solaire primitif qui se sont rassemblés pour former un grand corps parent.
Un certain type de chondrites (appelées chondrites carbonées) conserve des substances chimiques relativement abondantes qui se vaporisent facilement, notamment du carbone et de l’eau. Ces substances sont les éléments constitutifs de la vie sur Terre. En étudiant ces matériaux préservés, les scientifiques peuvent répondre à l’une des questions fondamentales de l’humanité : « D’où venons-nous ? »
L’équipe utilisant l’ALS a examiné un échantillon de la surface d’un astéroïde de type carboné, Ryugu. Ils s’attendaient à ce que cet astéroïde soit similaire aux météorites chondrites carbonées. Ryugu est relativement proche de la Terre, comparé aux astéroïdes de la ceinture principale entre Mars et Jupiter.
Les scientifiques émettent l’hypothèse que Ryugu est un astéroïde constitué de décombres. Ils pensent qu’il s’est formé lorsqu’un objet a heurté son corps parent, puis que les roches éjectées se sont regroupées pour former un nouvel astéroïde. Après ce processus, l’astéroïde est passé de la ceinture principale à l’orbite proche de la Terre.
Le vaisseau spatial Hayabusa2 de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) a collecté des échantillons à deux endroits de la surface de Ryugu en 2019 et les a ramenés sur Terre en 2020. Les travaux de conservation de la JAXA ont permis de trouver un total de 5,4 g d’échantillon.
L’agence a attribué une petite partie de l’échantillon à l’équipe d’analyse initiale de Hayabusa2, composée d’environ 400 scientifiques du monde entier. Hikaru Yabuta, de l’Université d’Hiroshima, a dirigé l’une des six sous-équipes de l’équipe d’analyse initiale.
Des sections ultrafines des particules de l’astéroïde sont arrivées au laboratoire national Lawrence Berkeley du DOE. Le laboratoire permet aux scientifiques d’identifier précisément les éléments et les molécules à l’intérieur des matériaux. Il utilise un accélérateur de particules pour produire des faisceaux de rayons X extraordinairement brillants. Comme les rayons X d’un cabinet médical, ils révèlent des informations sur ce qui se trouve à l’intérieur d’un objet. Mais au lieu de mettre en évidence uniquement les os, ces rayons X permettent aux scientifiques de sonder les propriétés chimiques et structurelles de la matière elle-même.
L’équipe a d’abord soigneusement scanné l’échantillon en longues rangées horizontales – comme le texte d’un livre – aux rayons X. En mesurant l’évolution des rayons X au cours du scan, les scientifiques ont pu identifier des grains individuels de matière organique dans l’échantillon d’astéroïde. Ces grains étaient minuscules – seulement 100 fois plus gros qu’un brin d’ADN.
Une fois les grains d’intérêt identifiés, les scientifiques ont utilisé les rayons X pour révéler le type de liaisons chimiques dans les grains de carbone organique. Dans ce cas, les chercheurs ont utilisé ce procédé pour cartographier les différents éléments et groupes fonctionnels (agencements spécifiques d’atomes) dans l’échantillon.
Sur la base de cette analyse, les scientifiques ont découvert quatre types différents de composés carbonés ainsi que différents types de structures. Après avoir identifié ces matériaux, les scientifiques les ont comparés à des météorites similaires dont ils connaissaient déjà l’histoire.
Le regroupement de toutes ces données leur a permis de retracer une vaste histoire de l’astéroïde au début du système solaire, qui s’est formé il y a environ 4,6 milliards d’années. Les compositions chimiques du carbone organique dans les échantillons ont indiqué que la matière organique de Ryugu résultait de la modification des précurseurs de cette matière lors d’une réaction chimique avec de l’eau liquide sur le corps parent de l’astéroïde.
Les isotopes de carbone présents dans les échantillons ont montré que les précurseurs organiques provenaient de l’environnement extrêmement froid de l’espace (environ -200°C). L’équipe a été la première à prouver le lien direct entre la matière organique de l’astéroïde carboné et la matière organique similaire des chondrites carbonées primitives (météorites).
Il manquait un type de matériau, le graphite. Le graphite est une forme courante de carbone utilisée dans les mines de crayon. Dans les astéroïdes, la présence de graphite ou de matériau similaire au graphite est un signe que le carbone a été formé par chauffage radiogénique dans les corps parents pendant plusieurs millions d’années. Son absence suggère que l’échantillon prélevé sur l’astéroïde n’a jamais été exposé à une chaleur supérieure à 200 °C.
L’étude des matériaux de Ryugu n’était pas la première ni probablement la dernière fois que les scientifiques utiliseraient l’ALS pour observer de près les roches depuis l’espace. Les chercheurs ont utilisé l’ALS pour analyser les particules de poussière de la comète 81P/Wild 2 collectées par la sonde spatiale Stardust de la NASA en 2006.
Ils ont découvert que la poussière de la comète contenait de la matière organique, composée de liaisons chimiques contenant de l’azote et de l’oxygène, ainsi que de types de matière organique similaires à celle observée sur l’astéroïde Ryugu et d’autres météorites chondritiques.
Ces études ont démontré des outils et des techniques qui se sont avérés utiles pour analyser des échantillons comme ceux de la mission OSIRIS-REx de la NASA. Cette mission a collecté des échantillons de l’astéroïde Bennu. À l’automne 2023, elle les a ramenés sur Terre. L’agence a récemment publié un catalogue d’échantillons pour que les scientifiques puissent l’étudier.
L’ALS et d’autres sources lumineuses nous permettent de tracer des lignes depuis les débuts de l’histoire de notre système solaire jusqu’à aujourd’hui. En mettant en lumière les objets de notre système solaire actuel, les scientifiques du Bureau scientifique du DOE et les installations des utilisateurs pourraient un jour nous aider à mieux comprendre comment la Terre est devenue habitable.
Fourni par le ministère américain de l’Énergie
Citation: Grâce à l’analyse aux rayons X, un astéroïde donne une idée du passé de notre système solaire (1er juillet 2024) récupéré le 1er juillet 2024 sur
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2024-07-01 22:09:04
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