Image d'un GEMS dans une particule de poussière interplanétaire. Crédit image: NASA Cliquez pour agrandir
Pour la première fois, une équipe de scientifiques français a pu reproduire la structure du GEMS exotique en laboratoire. Les résultats de leurs expériences seront bientôt publiés dans Astronomy & Astrophysics. Le GEMS (verre avec métal incrusté et sulfures) est un composant majeur de la poussière interplanétaire primitive. Comprendre son origine est l'un des principaux objectifs de la science planétaire, et en particulier de la mission Stardust récemment couronnée de succès.
Dans un prochain numéro, Astronomy & Astrophysics présente de nouveaux résultats de laboratoire qui fournissent des indices importants sur les origines possibles des grains minéraux exotiques dans la poussière interplanétaire. L'étude des grains interplanétaires est actuellement un sujet brûlant dans le cadre de la mission Stardust de la NASA, qui a récemment rapporté quelques échantillons de ces grains. Ils sont parmi les matériaux les plus primitifs jamais collectés. Leur étude permettra de mieux comprendre la formation et l'évolution de notre système solaire.
À travers des expériences de laboratoire dédiées visant à simuler l'évolution possible des matériaux cosmiques dans l'espace, C. Davoisne et ses collègues ont exploré l'origine du soi-disant GEMS (verre avec métal incrusté et sulfures). Le GEMS est un composant majeur des particules de poussière interplanétaires primitives (PDI). Ils mesurent quelques 100 nm et sont composés d'un verre de silicate qui comprend de petits grains arrondis de fer / nickel et de sulfure métallique. Une petite fraction des GEMS (moins de 5%) ont une composition présolaire et pourraient donc avoir une origine interstellaire. Les autres ont une composition solaire et peuvent avoir été formés ou traités au début du système solaire. Les compositions variées du GEMS rendent difficile la recherche d'un consensus sur leur origine et leur processus de formation.
L'équipe postule d'abord que les précurseurs GEMS sont originaires du milieu interstellaire et ont été progressivement chauffés dans la nébuleuse protosolaire. Pour tester la validité de cette hypothèse, un projet expérimental conjoint impliquant deux laboratoires français, le Laboratoire de Structure et Propriétaires de l'Etat Solide (LSPES) à Lille et l'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS) à Orsay, a été installer. Z. Djouadi, à l'IAS, a chauffé divers échantillons amorphes d'olivine ((Mg, Fe) 2SiO4) sous vide poussé et à des températures allant de 500 à 750 ° C. Après chauffage, les échantillons montrent des microstructures qui ressemblent étroitement à celles du GEMS, avec des nanograins de fer arrondis qui sont considérés comme noyés dans un verre de silicate.
C'est la première fois qu'une structure de type GEMS est reproduite par des expériences de laboratoire. Là, ils montrent que le composant oxyde de fer (FeO) des silicates amorphes a subi une réaction chimique appelée réduction, dans laquelle le fer gagne des électrons et libère son oxygène, pour précipiter sous une forme métallique. Étant donné que le composant GEMS dans les PDI est généralement étroitement associé à la matière carbonée, la réaction FeO + C -> Fe + CO sera à la source des nanograins de fer métallique dans ces PDI. De telles conditions peuvent avoir été rencontrées dans la nébuleuse solaire primitive. Cette réaction est connue depuis des siècles par les métallurgistes, mais l'originalité de l'approche LSPES / IAS réside dans l'application des concepts de la science des matériaux à des environnements astrophysiques extrêmes.
De plus, les scientifiques ont découvert que, dans l'échantillon chauffé, il ne restait pratiquement pas de fer dans le verre de silicate, car tout le fer avait migré dans les grains métalliques. L'équipe est ainsi en mesure d'expliquer pourquoi la poussière observée autour des étoiles évoluées et dans les comètes est principalement composée de silicates riches en magnésium où le fer fait apparemment défaut. En effet, le fer dans les sphérules métalliques devient totalement indétectable par les techniques spectroscopiques à distance habituelles. Ces travaux pourraient donc fournir également un aperçu important et nouveau de la composition des grains interstellaires.
L'équipe montre que les GEMS pourraient se former grâce à un processus de chauffage spécifique qui affecterait les grains d'origines diverses. Le processus peut être très courant et peut se produire à la fois dans le système solaire et autour d'autres étoiles. Le GEMS pourrait donc avoir des origines diverses. Les scientifiques attendent maintenant avec impatience l'analyse des grains collectés par Stardust pour savoir avec certitude que certains GEMS proviennent vraiment du milieu interstellaire.
Source d'origine: communiqué de presse A&A
