Nous possédons sur Terre un fragment direct d'une explosion d'étoile en supernova. C'est du moins ce qu'a conclu une étude parue dans la revue Icarus : après une analyse minutieuse d'une petite pierre de seulement 30 grammes trouvée en 1996 dans le sud-ouest de l'Égypte, les chercheurs ont conclu sur sa seule origine possible : une supernova thermonucléaire, résultat d'une double mort d’étoile.

Un processus par élimination

Mais pourquoi, alors qu'elle a été découverte plus de 25 ans auparavant, ce n'est qu'aujourd'hui que l'on sait d'où elle vient ? Les chercheurs le détaillent dans leur étude : ils ont dû scruter chaque autre origine possible avant de valider celle-ci. Tout a commencé par l'étude de sa composition isotopique : quels sont les isotopes contenus et en quelle proportion. Ils ont d'abord trouvé un rapport en argon ⁴⁰Ar / ³⁶Ar bien trop petit pour qu'elle puisse être d'origine terrestre. Ils ont ensuite pensé à une météorite, donc un fragment d'astéroïdeastéroïde, mais là encore, la composition de la pierre ne correspondait pas. 

C'est cette toute petite pierre de seulement 30 grammes qui a conduit les chercheurs à remettre en question les modèles de formation du système solaire. © Jan D. Kramers et al.

Dans un précédent article de 2018, Futura évoquait alors une autre hypothèse : celle qu'Hypatie soit le fragment d'une comètecomète, qui daterait des tout premiers débuts du Système solaire il y a 4 milliards d'années. Mais même cette possibilité a été remise en cause. En effet, sa composition ne ressemble en rien à celle qu'aurait pu avoir le Système solaireSystème solaire, à aucun moment de son histoire. Mais elle a questionné les chercheurs au point de revoir les modèles de sa formation : impossible d'obtenir une composition similaire à celle d'Hypatie. 

« Nous avons trouvé un modèle cohérent d'abondance d'oligo-élémentsoligo-éléments qui est complètement différent de tout ce qui se trouve dans le système solaire, primitif ou évolué. Les objets de la ceinture d'astéroïdesceinture d'astéroïdes et les météoresmétéores ne correspondent pas non plus à cela. Ensuite, nous avons regardé à l'extérieur du système solaire », explique Jan D. Kramers, premier auteur de l'étude et chercheur à l'Université de Johannesburg. 

Le nuage d'Oort, situé à la frontière du système solaire. La ceinture d'astéroïdes se trouve entre les orbites de Mars et Jupiter. © Nasa, JPL-Caltech

Mais la composition d'Hypatie n'a rien en commun non plus avec les poussières interstellaires. Elle contient de plus trop de ferfer, trop peu de siliciumsilicium, et trop peu d'éléments plus lourds que le fer pour être un fragment de géante rougegéante rouge. Après discussion dans leur étude, la conclusion des chercheurs a donc été la suivante : elle ne pourrait provenir que d'une supernova, ou plutôt des restes solidifiés d'un tel cataclysme. « Bien qu'il semble que ni les processus de la nébuleusenébuleuse solaire ni la chimiechimie de la poussière du milieu interstellaire prévue ou la formation de minérauxminéraux autour des étoiles de la branche asymptotique des géantesbranche asymptotique des géantes ne puissent expliquer la chimie d'Hypatia et ses corrélations, la comparaison avec les modèles de supernova Ia montre la voie à une éventuelle compréhension de ces observations. »

Des doubles morts d’étoiles

Les supernovas, ces explosions d'étoiles lorsqu'elles sont en fin de vie, se classent selon deux catégories : les supernovas à effondrementeffondrement de cœur, qui proviennent directement d'étoiles très massives, et les supernovas dites « thermonucléaires », qui proviennent d'étoiles déjà mortes, appelées naines blanches. C'est cette deuxième catégorie qui nous intéresse.

Dans le cas des étoiles peu massives, une fois qu'elles arrivent à court de carburant pour réaliser les réactions de fusion nucléairefusion nucléaire, elles se changent en géante rouge. Les couches externes de l'étoile qui se dilatent, multipliant par plusieurs centaines son diamètre. Ceci car elles sont repoussées par l'énergieénergie dégagée par la compression de la coquille et du noyau stellaire. Petit à petit, ces couches externes se font expulser tandis que le noyau se contracte, et il en résulte une naine blanchenaine blanche au milieu d'une nébuleuse planétairenébuleuse planétaire.

La nébuleuse planétaire désignée NGC 2440 et, en son centre, l'étoile naine blanche correspondante, tous deux résultant de la mort d'une étoile. © H. Bond (STScI), R. Ciardullo (PSU), WFPC2, HST, Nasa

Une naine blanche seule est stable. Mais si elle se trouve au sein d'un système binairesystème binaire, accompagnée d'une étoile, c'est là que la supernova est susceptible de se produire. Étant bien plus dense que sa compagne, la naine blanche l'avale petit à petit, par attraction gravitationnelle. C'est durant ce processus que l'explosion se produit : lorsqu'elle atteint une masse limite d'environ 1,44 massemasse solaire.

« Si cette hypothèse est correcte, la pierre d'Hypatie serait la première preuve tangible sur Terre d'une explosion de supernova de type Ia. Peut-être tout aussi important, cela montre qu'une "parcelle" anormale individuelle de poussière du cosmoscosmos pourrait en fait être incorporée dans la nébuleuse solaire à partir de laquelle notre Système solaire a été formé, sans être complètement mélangée, poursuit J.Kramers. Cela va à l'encontre de l'opinion conventionnelle selon laquelle la poussière à partir de laquelle notre Système solaire a été formé était complètement mélangée. »  En effet, les atomesatomes dispersés par la supernova Ia se seraient ensuite agglomérésagglomérés jusqu'à se mélanger avec la poussière du milieu interstellaire : c'est là que se serait formée Hypatie, un mélange d'extraits de supernova, et de poussière interstellairepoussière interstellaire.

La première preuve tangible d'une supernova Ia

Si c'est, selon les chercheurs, l'hypothèse la plus probable, elle n'est pas encore confirmée. En effet, ils ont effectué des analyses poussées de la composition d'Hypatie par faisceaux de protonsprotons, pour avoir sa proportion dans quinze éléments différents. Ils l'ont ensuite comparée à la proportion supposée d'après les modèles de supernovas Ia.

Ces deux graphiques représentent l'abondance relative par rapport au fer de plusieurs éléments dans deux matrices différentes d'Hypatie — en violet et orange. Ces abondances sont comparées aux abondances théoriques issues du milieu interstellaire (en haut), et de supernovas Ia (en bas). © Jan D.Kramers et al.

Or, celles-ci correspondaient pour seulement 8 des 15 éléments : silicium, soufresoufre, calciumcalcium, titanetitane, vanadiumvanadium, chromechrome, manganèsemanganèse, fer et nickelnickel. Sur les 7 proportions restantes, 6 étaient entre 10 et 100 fois supérieures aux proportions théoriques : aluminiumaluminium, phosphorephosphore, chlorechlore, potassiumpotassium, cuivrecuivre et zinczinc. Un fait que J.Kramers attribue à la géante rouge qui a précédé la naine blanche : « Puisqu'une étoile naineétoile naine blanche est formée à partir d'une géante rouge mourante, Hypatie aurait pu hériter de ces proportions d'éléments pour les six éléments d'une étoile géanteétoile géante rouge. Ce phénomène a été observé dans des étoiles naines blanches dans d'autres recherches ».

Si c'est bien le cas, Hypatie serait la première preuve tangible d'un tel événement. En effet, ceux-ci sont très rares, ils ne se produisent qu'environ deux fois par siècle dans une galaxiegalaxie comme la Voie lactéeVoie lactée. « Dans un sens, nous pourrions dire que nous avons « attrapé » une explosion de supernova Ia « sur le fait », car les atomes de gazgaz de l'explosion ont été capturés dans le nuagenuage de poussière environnant qui a finalement formé le corps parent d'Hypatia », conclut J.Kramers.

Hypatie, le premier fragment de comète trouvé sur Terre ?

Article de Laurent SaccoLaurent Sacco publié le 11/01/2018

La météorite Hypatie ne cesse de nous surprendre. Cette chondritechondrite carbonée ne ressemble à aucune autre. Bien des mystères l'entourent. Elle pourrait être le fragment d'une ancienne comète. Pourtant, selon une nouvelle hypothèse, elle pourrait dater d'avant la formation du Système solaire...

Si vous n'avez pas encore vu l'exposition « Météorites, entre ciel et terre », qui se poursuit jusqu'au 10 juin 2018 à la grande galerie de l'Évolution du Jardin des plantes, à Paris, n'attendez plus ! Celle-ci présente plus de 350 météorites. Et, si vous lisez cet article, en sortant de l'exposition, vous aurez sans doute une pensée pour la météorite Hypatie...

Hypatie, d'Alexandrie, était une mathématicienne, astronomeastronome et philosophe de l'Antiquité. Depuis quelques années, une météorite porteporte son nom ; celle-ci a été trouvée dans le désertdésert du sud-ouest de l'Égypte, en 1996.

Elle a défrayé la chronique en 2013 (voir l'article ci-dessous), car son analyse par les cosmochimistes avait révélé plusieurs anomaliesanomalies. Ces dernières suggéraient fortement qu'il ne s'agissait pas d'une chondrite ordinaire issue d'un astéroïde, mais bien probablement d'un fragment du cœur rocheux d'une comète défunte, tombée sur Terre il y a environ 29 millions d'années.

Une chondrite formée avant le Soleil ?

Les chercheurs ont continué leurs investigations à son sujet et Hypatie s'est révélée encore plus étrange et étonnante, comme ils l'expliquent dans un article publié dans le journal Geochimica et Cosmochimica Acta. En fait, cette découverte pourrait remettre en cause l'idée que l'on se fait de la formation du Système solaire, en particulier celle que l'on se fait de la naissance des planètes, il y a environ 4,56 milliards d'années.

Nos planètes ont pris naissance dans un disque de gaz et de poussières entourant le jeune SoleilSoleil. En se refroidissant, ce disque a donné des fragments de roches et de glaces qui se sont agglomérés selon des processus pas toujours bien compris. Proches du Soleil, en deçà de la fameuse ligne des glaces, ces fragments ont fait naître des planètes rocheusesplanètes rocheuses et sans glace alors que, plus loin, à plus basses températures, les glaces étaient dominantes et ont donné les géantes glacées UranusUranus et NeptuneNeptune ainsi que des comètes dans la région de la ceinture de Kuiper.

Hypatie ne ressemble en fait décidément pas aux autres chondrites carbonées bien connues, comme Allende et Murchison, ni même, tout simplement, à toutes les autres météorites. En effet, sa matrice, c'est-à-dire le matériaumatériau qui enrobe les chondreschondres (les grains silicatés) dans une chondrite (comme le ferait la pâte dans un cake autour des fruits), a une composition atypique. À l'inverse de celles que l'on connaît, elle est riche en carbonecarbone et pauvre en silicatessilicates. Elle contient en particulier une importante quantité d'hydrocarbures aromatiqueshydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), une composante majeure de la poussière interstellaire.

Un fragment de la mystérieuse météorite Hypatie. © Jan D. Kramers et al.

De précieux grains d'aluminium natif

Surtout, Hypatie contient des grains d'aluminium natif, ce qui ne s'est jamais vu dans une météorite et qui est extrêmement rare dans des roches terrestres... D'autres minéraux, sous des formes encore jamais vues ni attendues, ont également été trouvés : des grains de carbure de siliciumcarbure de silicium d'un minéralminéral appelé « moissanite » par exemple, qui est connu mais sous une autre forme, depuis que le chimiste français Henri Moissan l'a mis en évidence en 1905 dans la météorite de Canyon Diablo (celle associée au fameux Meteor CraterMeteor Crater, en Arizona, aux États-Unis).

Toutes ces anomalies suggèrent qu'Hypatie s'est formée à partir de matériaux antérieurs à ceux du disque protoplanétairedisque protoplanétaire. À l'appui de cette thèse, on trouve aussi le fait que les abondances de nickel, de phosphore et de fer se trouvent dans des rapports jamais mesurés dans une météorite, ni même pour des roches terrestres.

Si Hypatie ne s'est pas formée à partir de matériaux antérieurs à ceux du disque protoplanétaire, les scientifiques sont alors confrontés à un problème épineux. En effet, ils ont de bonnes raisons de penser que le disque protoplanétaire a commencé sa formation en étant chimiquement homogène, car brassé par de la turbulenceturbulence, ce qui explique les liens de parentés entre toutes les météorites. Or, la composition d'Hypatie ne semble pas s'accorder avec cette hypothèse, ou alors il va falloir sérieusement réviser le modèle de la formation du Système solaire pour expliquer l'existence d'inhomogénéités ...

Dans tous les cas de figure, l'origine d'Hypatie reste mystérieuse. S'agit-il bien d'un fragment de comète ? Pourrait-il s'agir d'un fragment d'astéroïde interstellaireastéroïde interstellaire comme ‘Oumuamua ? Une chose semble certaine cependant : Hypatie s'est formée dans un environnement froid, probablement à des températures inférieures à celle de l'azoteazote liquideliquide sur Terre (-196 °C).

La météorite Hypatie vient-elle d'une comète ?

Article de Laurent Sacco publié le 10/10/2013

À l'exception des poussières collectées dans la haute atmosphèreatmosphère ou dans les glaces de l'AntarctiqueAntarctique, on n'avait jamais trouvé sur Terre de matériaux cométaires. Une roche carbonée récemment découverte dans le désert de Libye semble pourtant bel et bien être un fragment de noyau cométaire. Il prouverait que le célèbre verre libyque provient de l'explosion d'une comète dans l'atmosphère, il y a environ 29 millions d'années.

Si un jour vous vous baladez dans la Grande mer de sablesable du désert libyque, ne manquez pas d'aller explorer une région ovale d'environ 130 km d'extension nord-sud (latitudeslatitudes N 25°02' - N 26°13') et 50 km d'ouest en est (longitudeslongitudes E 25°24'- E 25°55'). Vous y trouverez des échantillons d'une roche étrange d'aspect jaune à vert clair, plus ou moins transparente. Il s'agit de ce que l'on appelle du verre libyque.

Composé à 98 % de silicesilice et 2 % d'aluminealumine, plus quelques traces d'oxyde de fer, de titane et de zirconiumzirconium, il intrigue les chercheurs depuis des décennies. On a réussi à le dater avec la méthode du potassium-argon et surtout par la méthode des traces de fissionfission. On obtient alors des âges allant de 29,5 à 28,5 ± 0,4 millions d'années environ.

Un deuxième évènement de la Toungouska ?

Jusqu'à récemment, on n'en connaissait pas vraiment l'origine et plusieurs théories s'affrontaient. Il semblait clair cependant que ce verre provenait d'une façon ou d'une autre de l'entrée d'un corps céleste dans l'atmosphère de la Terre. Mais provenait-il de l'impact sur la surface de la Terre de ce corps céleste ou celui-ci s'était-il désintégré avant, à 10 km d'altitude comme la Toungouska en 1908, en produisant une boule de feufeu analogue à celle d'une explosion nucléaire ?

Un échantillon de verre libyque. Son origine fait débat depuis longtemps, mais il semblerait bien aujourd'hui qu'il soit dû au rayonnement thermique de l'explosion d'une comète entrée dans l'atmosphère de la Terre il y a 29 millions d'années environ. © L. Carion, www.carionmineraux.com

On pouvait pencher en faveur de cette hypothèse, car aucun cratère d'impact n'avait été associé à cet événement. Ce serait alors les radiations thermiques de la boule de feu qui auraient chauffé le sable du Sahara pour former ce verre comparable à la trinitite, une roche créée par l'exposition d'un sable aux radiations d'une explosion atomique.

Des signatures chimiques de matière cométaire

Voilà qu'une équipe internationale menée par des chercheurs sud-africains vient de publier un article dans Earth and Planetary Science Letters annonçant la découverte dans le désert libyen d'un fragment de roche carbonée associé à la région où l'on trouve le verre libyque. L'analyse de sa composition s'est révélée tout à fait surprenante. Les chercheurs l'ont baptisé Hypatie (en anglais Hypatia) en honneur d'Hypatie, la célèbre mathématicienne et astronome de l'Antiquité qui a vécu à Alexandrie en Égypte.

Que contenait Hypatie ? Des diamantsdiamants de tailles submillimétriques comme ceux qui peuvent se former à partir d'une matièrematière carbonée soumise à de hautes pressionspressions lors d'un impact d'une chondrite. Or, la signature isotopique du carbone trouvé dans Hypatie ne correspond à aucune chondrite carbonée connue et pas plus à celle d'une roche carbonée terrestre. De même, les données concernant les gaz rares comme l'argon et le xénonxénon, bien que pointant une origine extraterrestre, ne sont pas non plus compatibles avec une chondrite.

Selon les chercheurs, la conclusion la plus plausible est qu'ils étaient là en présence du premier échantillon d'un noyau de comète, le premier jamais trouvé sur Terre. Le verre libyque provient donc probablement de l'onde thermique engendrée par explosion dans l'atmosphère d'une comète dont certains fragments ont tout de même atteint la surface de la Terre.