Origines de l'astéroïde Ryugu décodées par les carbonates dans la nébuleuse solaire.

15 août 2023 fonctionnalité

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par Hannah Bird, Phys.org

l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale a envoyé le vaisseau spatial Hayabusa2 à 162173 Ryugu en 2019, un astéroïde en orbite près de la Terre composé de fragments rocheux d'un corps parent plus grand. Plusieurs rovers ont ramené des échantillons de la surface de l'astéroïde sur Terre pour que les scientifiques les étudient.

Les échantillons sont indicatifs de météorites chimiquement primitives, similaires aux chondrites de type Ivuna, et contiennent des composés chimiques particuliers qui suggèrent la présence d'eau. En particulier, les altérations de la surface de l'astéroïde par l'eau sur le corps parent, à des températures estimées jusqu'à 150°C, ont produit des minéraux secondaires (y compris des phyllosilicates, des carbonates, des sulfures et des oxydes) et les chercheurs ont cherché à comprendre la chronologie et les conditions de ces changements.

En cartographiant la formation de l'astéroïde, des études collaboratives menées par 89 scientifiques d'universités et instituts de recherche du monde entier, publiées dans Nature Geoscience, se concentrent sur deux composés particuliers : le carbonate de calcium (calcite) et le carbonate de calcium-magnésium (dolomite). La source de carbone de ces carbonates est postulée être le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, le méthane et/ou la matière organique qui aurait pu se former dans la nébuleuse solaire, le nuage de gaz à partir duquel le système solaire aurait pris naissance.

Les échantillons ont été inspectés à l'aide de microscopes spécialisés en pétrologie (l'étude des roches), permettant d'identifier des cristaux de calcite (<10 micromètres de taille) et de dolomite (10s de micromètres), ces derniers étant dominants en comparaison.

Des mesures des isotopes du carbone et de l'oxygène (deux formes ou plus d'un même élément avec des masses atomiques différentes) permettent de révéler la température et les conditions d'oxygène de l'environnement lors du dépôt du minéral. Ces valeurs étaient variables et beaucoup plus élevées que celles de la calcite sur Terre, avec des rapports 18O/16O supérieurs de 24-46‰ (pour mille) et des rapports 13C/12C supérieurs de 65-108‰.

En revanche, les mesures de dolomite étaient beaucoup plus restreintes avec des valeurs de 18O/16O comprises entre 31-36‰ et des valeurs de 13C/12C comprises entre 67-75‰. Par conséquent, l'équipe de recherche conclut que la calcite s'est formée en premier sur l'astéroïde sur une large plage de températures et de conditions d'oxygène, avant que la dolomite ne se cristallise dans un environnement beaucoup plus restreint, avec des niveaux élevés et stables de dioxyde de carbone et des estimations de température de 37 ± 10°C. Ces résultats sont uniques aux astéroïdes Ryugu et Ivunu et n'ont pas été identifiés dans d'autres météorites hydrosées jusqu'à présent.

La plus grande variation des rapports isotopiques de l'oxygène dans les cristaux de calcite est suggérée comme résultant partiellement de températures de formation variant largement de 0 à 150°C, mais pas seulement cela, car sinon, les isotopes du carbone devraient montrer une corrélation positive, ce qui n'est pas le cas. Au lieu de cela, les chercheurs indiquent que le 18O/16O de l'eau et le 13C/12C des ions carbonate ont varié dans le temps et dans l'espace.

En conséquence, ils émettent l'hypothèse que les rapports 18O/16O étaient plus élevés lors de la formation du système solaire primitif, avant l'altération aqueuse de l'astéroïde, et que ces rapports ont ensuite diminué avec le temps à mesure que davantage de cristaux se formaient via des interactions entre l'eau et la roche. La différence isotopique entre les cristaux de calcite et de dolomite est donc résolue par le fait que la calcite se cristallise à partir de fluides moins "évolués" avant la dolomite, où le calcium est également plus facilement lessivé de la roche que le magnésium.

Quatre scénarios sont envisagés pour expliquer la variabilité du rapport 13C/12C : 1) la fractionation isotopique de type Rayleigh, où les composés riches en 12C sont libérés de manière préférentielle (comme le méthane), 2) la cristallisation fractionnée où la formation de carbonates précoces change la composition du réservoir restant à partir duquel les carbonates ultérieurs peuvent se cristalliser, 3) le mélange de plusieurs réservoirs de carbone avec des rapports 13C/12C différents, et 4) les changements dus à l'oxygène et à l'hydrogène dans les isotopes formant le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone et le méthane, à partir desquels le carbone est obtenu pour les cristaux.

De ces scénarios, la fractionation isotopique de type Rayleigh est exclue car elle entraînerait des rapports 13C/12C plus élevés dans la dolomite se formant à partir de fluides plus "évolués", ce qui n'est pas observé dans les échantillons. De même, la cristallisation fractionnée est exclue, tout comme le mélange de réservoirs de carbone, car les temps de mélange pour l'astéroïde Ryugu seraient trop courts.

Therefore, it is the latter scenario of varying oxygen that is suggested as the main driver of changes in 13C/12C ratios. This resulted from the oxidation of iron in the rock by water and is measured based upon the production of hydrogen released from the water. The hypothesis matches observations of increasing iron in the meteorite with progressive alteration.

Overall, the 13C-rich environment is noted to be rare in the solar system beyond carbonates in meteorites and the research team suggest the parent body of the Ryugu meteorite formed within a cold fringe of the solar nebula.

Journal information: Nature Geoscience

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