Où sont passés les débris des collisions ayant donné naissance à la Terre ?

Les planètes de notre Système solaire, dont la Terre, se sont formées par collisions et accrétions graduelles de corps rocheux que l’on appelle « protoplanètes ». Cependant, les processus intervenant lors de ces collisions gigantesques sont encore mal compris et les différents modèles proposés mènent souvent à un paradoxe : les débris observés dans la ceinture d’astéroïdes ne suffisent pas à décrire la formation de l’ensemble des planètes du Système solaire. De nouveaux résultats avancent cependant une explication qui permettrait de résoudre ce problème.

Durant la formation du Système solaire, les planètes telluriques (Mercure, Vénus, la Terre et Mars) sont supposées avoir été formées par collisions et accrétions entre des corps rocheux plus petits, jusqu’à l’obtention d’un embryon planétaire.

Il manque des débris solides pour expliquer la formation du Système solaire
Ces violentes collisions sont supposées avoir engendré de nombreux débris, qui auraient alors échappé à l’attraction du corps planétaire en formation et se seraient mis en orbite autour du Soleil, formant un disque d’astéroïdes. Ce disque de débris, nous l’observons encore actuellement sous la forme de la ceinture d’astéroïdes principale, qui se situe entre les orbites de Mars et de Jupiter. En principe, les astrophysiciens devraient retrouver dans cette ceinture d’astéroïdes les marqueurs de la formation du Système solaire. Mais ce n’est pas le cas.

La quantité de débris solides orbitant au-delà de Mars n’est pas suffisante pour expliquer la formation de l’ensemble du Système solaire. Certains modèles expliquent cette lacune par le fait qu’une partie des astéroïdes de la ceinture de débris aurait bombardé par la suite les planètes en formation. Mais même dans ce cas, la composition minéralogique des éléments de la ceinture d’astéroïdes ne correspond pas à ce qui est attendu. Il manque en particulier des météorites riches en olivine, qui est le minéral principal composant le manteau des planètes telluriques. Un paradoxe connu sous le nom de « Missing mantle problem » qui reste inexpliqué depuis des décennies.

Les roches vaporisées sous la puissance des impacts
Deux chercheurs de l’Université de l’État d’Arizona (États-Unis) ont tenté de résoudre ce problème. Ils ont ainsi simulé et modélisé des collisions de protoplanètes pour étudier les processus thermodynamiques intervenant lors de ces événements. Leurs résultats, publiés dans la revue The Astrophysical Journal Letters, montrent que ces grandes collisions génèrent finalement peu de débris solides, mais plutôt des gaz. En effet, sous la puissance de l’impact, une partie des roches est littéralement vaporisée ! Alors que les débris solides vont s’agglomérer en disques résiduels comme la ceinture d’astéroïdes, les gaz issus de la vaporisation vont plus facilement s’échapper du Système solaire, ne laissant ainsi aucune trace des événements collusifs qui les ont créés.

Ces résultats apportent une solution au problème du manque de débris solides présents dans la ceinture d’astéroïdes et au paradoxe du « Missing mantle problem ».

Cette proposition pourrait également permettre de comprendre la formation de la Lune. Le satellite terrestre aurait ainsi comme origine les débris solides issus de la formation de la Terre. Dans les précédents modèles, la Lune aurait ensuite été largement bombardée par les débris orbitant autour du Soleil, compromettant grandement ou influençant largement sa formation. Or, ce n’est pas ce qui semble s’être passé. Dans l’hypothèse développée par Gabriel Travis et Harrison Allen-Sutter, qui proposent qu’une part significative du matériel résiduel est en réalité sous forme de gaz, les impacts météoritiques sur la Lune sont bien moins importants et ne compromettent pas sa formation.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/systeme-solaire-sont-passes-debris-collisions-ayant-donne-naissance-terre-93497/

Une supernova serait bien à l’origine du Système solaire

L’effondrement gravitationnel du nuage de gaz et de poussières à l’origine du Système solaire aurait bien été causé par l’onde de choc produite par l’explosion d’une supernova d’après de nouvelles études basées sur l’observation d’une célèbre région de formation d’étoiles dans la Voie lactée.

Lorsque l’on pointe un télescope suffisamment puissant en direction du bord de la constellation d’Ophiuchus et pas très loin de l’étoile Antarès, la fameuse étoile binaire de la constellation du Scorpion qui contient une supergéante rouge, on peut observer l’une des régions de formation d’étoiles les plus proches du Système solaire. Il s’agit du complexe de Rho Ophiuchi qui apparaît divisé en deux nuages moléculaires poussiéreux principaux, LDN 1688 et LDN 1689.

Cette région de formation d’étoiles est à environ 420 années-lumière du Système solaire et elle tire son nom de la présence d’une étoile multiple constituée de deux étoiles doubles ρ Ophiuchi. Elle contient donc de jeunes protoétoiles dans des amas stellaires résultant de l’effondrement et de la fragmentation gravitationnelle des nuages moléculaires. De fait, c’est un laboratoire de choix pour observer aujourd’hui les processus ayant mené à la naissance du Soleil et de son cortège planétaire il y a plus de 4,5 milliards d’années.

On ne sera donc pas surpris du titre d’un article que vient tout juste de publier dans Nature Astronomy une équipe internationale d’astronomes : A Solar System formation analogue in the Ophiuchus star-forming complex.

La cosmochimie isotopique, clé de la cosmogonie
L’article s’inscrit dans une problématique et une thématique de recherche qui remontent aux années 1970 et qui relèvent de ce que l’on a pu appeler la théorie du Little Bang. Elle est exposée dans des articles que Futura lui avait déjà consacrés et dont certains sont ci-dessous. Pour faire court, la théorie et les observations concernant des nuages moléculaires poussiéreux ne permettent pas de les faire s’effondrer gravitationnellement pour donner une protoétoile entourée d’un disque protoplanétaire, permettant de rendre compte de la naissance du Système solaire.

On pouvait faire intervenir des collisions entre de tels nuages, collisions conduisant à des ondes de choc de compression permettant de surmonter les barrières à l’effondrement gravitationnel. Mais, on pouvait aussi produire de telles ondes à l’occasion de l’explosion en supernova d’une étoile massive contenant au moins 8 à 10 fois la masse du Soleil. Or, non seulement on observe bien ce genre d’astre dans les amas ouverts qui sont des pouponnières de jeunes étoiles mais la découverte de traces éteintes de radioactivité dans les noyaux contenus dans la célèbre météorite d’Allende avait donné du poids à la théorie de la supernova, c’est-à-dire la théorie cosmogonique du Little Bang.

Les cosmochimistes avaient en effet découvert dans Allende les produits de la désintégration radioactive d’un isotope à courte durée de vie de l’aluminium : 26Al. Il semblait évident de prime abord que cet isotope avait été créé par l’explosion d’une supernova et que les noyaux résultant de la nucléosynthèse avaient été injectés rapidement dans la nébuleuse protosolaire, qui allait s’effondrer à l’occasion de l’onde de choc de l’explosion. Mais une variante sans Little Bang avait été avancée récemment, faisant produire les noyaux d’aluminium-26 dans une coquille de matière éjectée par une étoile de type Wolf-Rayet.

Des scénarios testables par des observations à plusieurs longueurs d’onde
Pour tenter de trancher entre les deux modèles cosmochimiques expliquant les observations dans les météorites, les astrophysiciens ont étudié la région de formation d’étoiles d’Ophiuchus avec plusieurs instruments relevant de divers types d’astronomie.

La répartition et les flux d’isotopes d’Aluminium-26 ont été mis en évidence par l’astronomie gamma via l’observatoire Compton Gamma Ray, un vétéran de 30 ans de la Nasa qui a donc permis de détecter les photons gamma émis lors de la désintégration des noyaux de 26Al. Les nuages moléculaires contenant des noyaux plus denses où vont naître des étoiles et les amas stellaires ont, eux, été étudiés à des énergies bien plus basses relevant des rayonnements infrarouges et millimétriques observés par les missions Herschel et Planck de l’ESA.

On voit alors que des flux de 26Al vont des amas stellaires où se trouvent des étoiles de Wolf-Rayet et leurs puissants vents de matière et où se produisent fréquemment des supernovae. En modélisant ces amas il est possible de prendre en compte et d’évaluer l’importance des diverses sources d’aluminium-26. L’analyse statistique des données multispectrales à la lumière de la mobilisation utilisée suggère maintenant que le processus dominant de formation des isotopes de l’aluminium et d’enrichissement des nébuleuses protoplanétaires est bien celui de l’explosion de supernovae. Comme la région de formation d’étoiles Rho Ophiuchi est typique, on peut s’attendre à ce que les conclusions obtenues par les chercheurs soient valables non seulement pour la formation du Système solaire mais aussi pour bien d’autres étoiles avec des exoplanètes dans la Voie lactée.

Toutefois, les travaux présentés dans l’article de Nature suggèrent aussi que les abondances de 26Al peuvent être différentes de plusieurs ordres de grandeur entre les différents systèmes planétaires. Or, dans le cas du Système solaire, on sait que l’aluminium-26 a été une source de chaleur importante au début de l’histoire des planètes et des embryons de planètes rocheuses. On peut donc s’attendre à ce que des exoplanètes telluriques nées dans des régions riches en 26Al soient moins riches en eau, ce qui a bien sûr des implications pour les chercheurs en exobiologie.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/formation-systeme-solaire-supernova-serait-bien-origine-systeme-solaire-17041/

Origine du Système solaire : la théorie du Little Bang est confortée par le nuage de Rho Ophiuchi

L’effondrement gravitationnel du nuage de gaz et de poussières à l’origine du Système solaire aurait bien été causé par l’onde de choc produite par l’explosion d’une supernova d’après de nouvelles études basées sur l’observation d’une célèbre région de formation d’étoiles dans la Voie lactée.

Lorsque l’on pointe un télescope suffisamment puissant en direction du bord de la constellation d’Ophiuchus et pas très loin de l’étoile Antarès, la fameuse étoile binaire de la constellation du Scorpion qui contient une supergéante rouge, on peut observer l’une des régions de formation d’étoiles les plus proches du Système solaire. Il s’agit du complexe de Rho Ophiuchi qui apparaît divisé en deux nuages moléculaires poussiéreux principaux, LDN 1688 et LDN 1689.

Cette région de formation d’étoiles est à environ 420 années-lumière du Système solaire et elle tire son nom de la présence d’une étoile multiple constituée de deux étoiles doubles ρ Ophiuchi. Elle contient donc de jeunes protoétoiles dans des amas stellaires résultant de l’effondrement et de la fragmentation gravitationnelle des nuages moléculaires. De fait, c’est un laboratoire de choix pour observer aujourd’hui les processus ayant mené à la naissance du Soleil et de son cortège planétaire il y a plus de 4,5 milliards d’années.

On ne sera donc pas surpris du titre d’un article que vient tout juste de publier dans Nature Astronomy une équipe internationale d’astronomes : A Solar System formation analogue in the Ophiuchus star-forming complex.

La cosmochimie isotopique, clé de la cosmogonie
L’article s’inscrit dans une problématique et une thématique de recherche qui remontent aux années 1970 et qui relèvent de ce que l’on a pu appeler la théorie du Little Bang. Elle est exposée dans des articles que Futura lui avait déjà consacrés et dont certains sont ci-dessous. Pour faire court, la théorie et les observations concernant des nuages moléculaires poussiéreux ne permettent pas de les faire s’effondrer gravitationnellement pour donner une protoétoile entourée d’un disque protoplanétaire, permettant de rendre compte de la naissance du Système solaire.

On pouvait faire intervenir des collisions entre de tels nuages, collisions conduisant à des ondes de choc de compression permettant de surmonter les barrières à l’effondrement gravitationnel. Mais, on pouvait aussi produire de telles ondes à l’occasion de l’explosion en supernova d’une étoile massive contenant au moins 8 à 10 fois la masse du Soleil. Or, non seulement on observe bien ce genre d’astre dans les amas ouverts qui sont des pouponnières de jeunes étoiles mais la découverte de traces éteintes de radioactivité dans les noyaux contenus dans la célèbre météorite d’Allende avait donné du poids à la théorie de la supernova, c’est-à-dire la théorie cosmogonique du Little Bang.

Les cosmochimistes avaient en effet découvert dans Allende les produits de la désintégration radioactive d’un isotope à courte durée de vie de l’aluminium : 26Al. Il semblait évident de prime abord que cet isotope avait été créé par l’explosion d’une supernova et que les noyaux résultant de la nucléosynthèse avaient été injectés rapidement dans la nébuleuse protosolaire, qui allait s’effondrer à l’occasion de l’onde de choc de l’explosion. Mais une variante sans Little Bang avait été avancée récemment, faisant produire les noyaux d’aluminium-26 dans une coquille de matière éjectée par une étoile de type Wolf-Rayet.

Des scénarios testables par des observations à plusieurs longueurs d’onde
Pour tenter de trancher entre les deux modèles cosmochimiques expliquant les observations dans les météorites, les astrophysiciens ont étudié la région de formation d’étoiles d’Ophiuchus avec plusieurs instruments relevant de divers types d’astronomie.

La répartition et les flux d’isotopes d’Aluminium-26 ont été mis en évidence par l’astronomie gamma via l’observatoire Compton Gamma Ray, un vétéran de 30 ans de la Nasa qui a donc permis de détecter les photons gamma émis lors de la désintégration des noyaux de 26Al. Les nuages moléculaires contenant des noyaux plus denses où vont naître des étoiles et les amas stellaires ont, eux, été étudiés à des énergies bien plus basses relevant des rayonnements infrarouges et millimétriques observés par les missions Herschel et Planck de l’ESA.

On voit alors que des flux de 26Al vont des amas stellaires où se trouvent des étoiles de Wolf-Rayet et leurs puissants vents de matière et où se produisent fréquemment des supernovae. En modélisant ces amas il est possible de prendre en compte et d’évaluer l’importance des diverses sources d’aluminium-26. L’analyse statistique des données multispectrales à la lumière de la mobilisation utilisée suggère maintenant que le processus dominant de formation des isotopes de l’aluminium et d’enrichissement des nébuleuses protoplanétaires est bien celui de l’explosion de supernovae. Comme la région de formation d’étoiles Rho Ophiuchi est typique, on peut s’attendre à ce que les conclusions obtenues par les chercheurs soient valables non seulement pour la formation du Système solaire mais aussi pour bien d’autres étoiles avec des exoplanètes dans la Voie lactée.

Toutefois, les travaux présentés dans l’article de Nature suggèrent aussi que les abondances de 26Al peuvent être différentes de plusieurs ordres de grandeur entre les différents systèmes planétaires. Or, dans le cas du Système solaire, on sait que l’aluminium-26 a été une source de chaleur importante au début de l’histoire des planètes et des embryons de planètes rocheuses. On peut donc s’attendre à ce que des exoplanètes telluriques nées dans des régions riches en 26Al soient moins riches en eau, ce qui a bien sûr des implications pour les chercheurs en exobiologie.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/formation-systeme-solaire-origine-systeme-solaire-theorie-little-bang-confortee-nuage-rho-ophiuchi-17041/