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Ann Nguyen a choisi un projet risqué pour ses études supérieures à l'Université de Washington à St. Louis. Une équipe universitaire avait déjà passé au crible 100 000 grains d'une météorite pour rechercher un type particulier de poussière d'étoile? sans succès.
En 2000, Nguyen a décidé de réessayer. Environ 59 000 grains plus tard, sa décision courageuse a porté ses fruits. Dans le numéro du 5 mars de Science, Nguyen et son conseiller, Ernst K. Zinner, Ph.D., professeur-chercheur en physique et en sciences de la terre et des planètes, tous deux en arts et sciences, décrivent neuf grains de poussière d'étoile de silicate? grains de silicate présolaire? de l'une des météorites les plus primitives connues.
«La découverte de silicates présolaires dans une météorite nous indique que le système solaire s'est formé à partir de gaz et de poussière, dont certains n'ont jamais été très chauds, plutôt qu'à partir d'une nébuleuse solaire chaude», explique Zinner. "L'analyse de ces grains fournit des informations sur leurs sources stellaires, les processus nucléaires dans les étoiles et les compositions physiques et chimiques des atmosphères stellaires."
En 1987, Zinner et ses collègues de l'Université de Washington et un groupe de scientifiques de l'Université de Chicago ont trouvé la première poussière d'étoile dans une météorite. Ces grains présolaires étaient des grains de diamant et de carbure de silicium. Bien que d'autres types aient été découverts depuis dans les météorites, aucun n'était fait de silicate, un composé de silicium, d'oxygène et d'autres éléments tels que le magnésium et le fer.
"Ce fut un mystère parce que nous savons, à partir des spectres astronomiques, que les grains de silicate semblent être le type de grain riche en oxygène le plus abondant fabriqué dans les étoiles", dit Nguyen. "Mais jusqu'à présent, les grains de silicate présolaire ont été isolés uniquement à partir d'échantillons de particules de poussière interplanétaires de comètes."
Notre système solaire s'est formé à partir d'un nuage de gaz et de poussière qui a été rejeté dans l'espace par l'explosion de géantes rouges et de supernovae. Une partie de cette poussière a formé des astéroïdes et les météorites sont des fragments renversés d'astéroïdes. La plupart des particules des météorites se ressemblent car la poussière de différentes étoiles s'est homogénéisée dans l'enfer qui a façonné le système solaire. Cependant, des échantillons purs de quelques étoiles se sont retrouvés piégés au plus profond de certaines météorites. Ces grains riches en oxygène peuvent être reconnus par leurs rapports inhabituels d'isotopes d'oxygène.
Nguyen, étudiante diplômée en sciences de la terre et des planètes, a analysé environ 59 000 grains d'Acfer 094, une météorite trouvée au Sahara en 1990. Elle a séparé les grains dans l'eau plutôt qu'avec des produits chimiques agressifs, qui peuvent détruire les silicates. Elle a également utilisé un nouveau type de sonde ionique appelé NanoSIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer), qui peut résoudre des objets plus petits qu'un micromètre (un millionième de mètre).
Zinner et Frank Stadermann, Ph.D., chercheur principal au Laboratoire des sciences spatiales de l'université, ont aidé à concevoir et à tester le NanoSIMS, fabriqué par la CAMECA à Paris. À un coût de 2 millions de dollars, l'Université de Washington a acquis le premier instrument au monde en 2001.
Les sondes ioniques dirigent un faisceau d'ions sur un point d'un échantillon. Le faisceau déloge certains des propres atomes de l'échantillon, dont certains deviennent ionisés. Ce faisceau secondaire d'ions pénètre dans un spectromètre de masse qui est réglé pour détecter un isotope particulier. Ainsi, les sondes ioniques peuvent identifier les grains qui ont une proportion inhabituellement élevée ou faible de cet isotope.
Contrairement aux autres sondes ioniques, le NanoSIMS peut détecter cinq isotopes différents simultanément. Le faisceau peut également se déplacer automatiquement d'un point à un autre afin que plusieurs centaines ou milliers de grains puissent être analysés dans une configuration expérimentale. «Le NanoSIMS était essentiel pour cette découverte», explique Zinner. «Ces grains de silicate présolaire sont très petits? seulement une fraction de micromètre. La haute résolution spatiale et la haute sensibilité de l'instrument ont rendu ces mesures possibles. »
À l'aide d'un faisceau primaire d'ions césium, Nguyen a minutieusement mesuré les quantités de trois isotopes d'oxygène? 16O, 17O et 18O? dans chacun des nombreux grains qu'elle a étudiés. Neuf grains, d'un diamètre de 0,1 à 0,5 micromètre, avaient des rapports isotopiques de l'oxygène inhabituels et étaient fortement enrichis en silicium. Ces grains de silicate présolaire se répartissaient en quatre groupes. Cinq grains ont été enrichis en 17O et légèrement appauvris en 18O, ce qui suggère que le mélange en profondeur dans les étoiles de branches géantes rouges ou asymptotiques était responsable de leurs compositions isotopiques de l'oxygène.
Un grain était très appauvri en 18O et a donc probablement été produit dans une étoile de faible masse lorsque les matériaux de surface sont descendus dans des zones suffisamment chaudes pour supporter les réactions nucléaires. Un autre a été enrichi en 16O, ce qui est typique des grains d'étoiles qui contiennent moins d'éléments plus lourds que l'hélium que notre soleil. Les deux derniers grains étaient enrichis en 17O et 18O et pourraient donc provenir de supernovae ou d'étoiles plus riches en éléments plus lourds que l'hélium par rapport à notre soleil.
En obtenant des spectres de rayons X dispersifs en énergie, Nguyen a déterminé la composition chimique probable de six des grains présolaires. Il semble y avoir deux olivines et deux pyroxènes, qui contiennent principalement de l'oxygène, du magnésium, du fer et du silicium, mais dans des rapports différents. Le cinquième est un silicate riche en aluminium, et le sixième est enrichi en oxygène et en fer et pourrait être en verre avec du métal et des sulfures incorporés.
La prépondérance des grains riches en fer est surprenante, dit Nguyen, car les spectres astronomiques ont détecté plus de grains riches en magnésium que de grains riches en fer dans l'atmosphère autour des étoiles. «Il se pourrait que le fer ait été incorporé à ces grains lors de la formation du système solaire», explique-t-elle.
Ces informations détaillées sur la poussière d'étoile prouvent que la science spatiale peut être effectuée en laboratoire, dit Zinner. «L'analyse de ces petites taches peut nous donner des informations, telles que des rapports isotopiques détaillés, qui ne peuvent pas être obtenues par les techniques traditionnelles de l'astronomie», ajoute-t-il.
Nguyen prévoit maintenant d'examiner les rapports des isotopes du silicium et du magnésium dans les neuf grains. Elle souhaite également analyser d'autres types de météorites. «L'Acfer 094 est l'une des météorites les plus primitives qui ont été trouvées», dit-elle. «Nous nous attendons donc à ce qu'il ait la plus grande abondance de grains présolaires. En regardant les météorites qui ont subi plus de traitements, nous pouvons en apprendre davantage sur les événements qui peuvent détruire ces grains. »
Source d'origine: communiqué de presse WUSTL
