Asteroid Bennu – la cible de la mission de retour d'échantillon OSIRIS-REX de la NASA, dirigée par l'Université de l'Arizona – est un mélange de matériaux de partout, et même au-delà, notre système solaire. Au cours des derniers milliards d'années, son contenu unique et varié a été transformé par des interactions avec l'eau et l'environnement spatial dur.
Ces détails proviennent d'un trio d'articles nouvellement publiés basés sur l'analyse des échantillons de Bennu livrés à la Terre par Osiris-Rex en 2023. La campagne d'analyse d'Osiris-REX est coordonnée par le laboratoire lunaire et planétaire de l'U de A et implique des scientifiques du monde entier. Les chercheurs du LPL ont contribué aux trois études et en ont mené deux d'entre eux.
« C'est un travail que vous ne pouvez tout simplement pas faire avec les télescopes », a déclaré Jessica Barnes, professeur agrégé au Laboratoire Lunar and Planetary de l'U of A en A.
« C'est super excitant que nous puissions enfin dire ces choses sur un astéroïde dont nous rêvions depuis si longtemps et finalement ramené des échantillons. »
Bennu est fait de fragments d'un plus grand astéroïde « parent » qui a rompu après qu'il est entré en collision avec un autre astéroïde, probablement dans la ceinture d'astéroïdes entre les orbites de Mars et Jupiter.
L'astéroïde parent était composé de matériaux à origines diverses – en train de ne pas le soleil, loin du soleil et d'autres étoiles – qui ont fusionné il y a plus de 4 milliards d'années à la formation de notre système solaire.
Ces résultats font l'objet d'un article, publié dans Astronomie naturelledirigé conjointement par Barnes et Ann Nguyen avec la Division des sciences de la recherche et de l'exploration des astromatériaux au Johnson Space Center de la NASA à Houston.
« L'astéroïde parent de Bennu s'est formé dans les parties extérieures du système solaire, peut-être au-delà des planètes géantes, Jupiter et Saturne », a déclaré Barnes.
« Nous pensons que ce corps parent a été frappé par un astéroïde entrant et brisé. Ensuite, les fragments sont réassemblés et cela aurait pu se répéter plusieurs fois. »
En regardant les échantillons renvoyés par le vaisseau spatial Osiris-Rex, Barnes et ses collègues ont pu obtenir l'instantané le plus complet de son histoire à ce jour. Parmi les résultats figurait une abondance de Stardust, des matériaux qui existaient avant la formation de notre système solaire, a déclaré Barnes.
La découverte de ces matériaux les plus anciens a été rendu possible, en partie, par l'instrument Nanosims du laboratoire de Kuiper-Arizona de U de A pour l'analyse des astromatériaux, qui peut révéler les isotopes d'un échantillon – des variations d'éléments chimiques – à des échelles nanométriques. Les minuscules grains de Stardust sont identifiables par leur maquillage isotopique inhabituel par rapport aux matériaux formés dans le système solaire.
« Ce sont des morceaux de Stardust d'autres étoiles qui sont mortes depuis longtemps, et ces pièces ont été incorporées dans le nuage de gaz et de poussière à partir de laquelle notre système solaire s'est formé », a déclaré Barnes.
« De plus, nous avons trouvé un matériau organique très anormal dans leurs isotopes et qui s'est probablement formé dans l'espace interstellaire, et nous avons des solides qui se sont formés plus près du soleil, et pour la première fois, nous montrons que tous ces matériaux sont présents à Bennu. »
Les similitudes chimiques et isotopiques entre des échantillons de Bennu et un astéroïde similaire, Ryugu, qui a été échantillonné par la mission japonaise Hayabusa 2 en 2019, et les météorites les plus chimiquement primitives trouvées sur Terre suggèrent que leurs astéroïdes parents peuvent s'être formés dans une région partagée du système solaire précoce.
Pourtant, les différences que les chercheurs observent dans les échantillons de Bennu peuvent indiquer que les matériaux de départ de cette région ont changé au fil du temps ou n'étaient pas aussi bien mélangés que certains scientifiques l'ont pensé.
Les analyses montrent que certains des matériaux de l'astéroïde parent ont survécu à divers processus chimiques impliquant la chaleur et l'eau et même la collision énergétique qui a entraîné la formation de Bennu.
Néanmoins, la plupart des matériaux ont été transformés par des processus hydrothermaux, comme indiqué dans un deuxième article, publié dans Géoscience de la nature. En fait, cette étude a révélé que les minéraux de l'astéroïde parent se sont probablement formés, dissous et réformés au fil du temps en raison des interactions avec l'eau.
« Nous pensons que l'astéroïde des parents de Bennu a accrété beaucoup de matériel glacé du système solaire extérieur, qui a fondu au fil du temps », a déclaré Tom Zega, directeur du laboratoire Kuiper-Arizona qui a co-dirigé l'étude avec Tim McCoy, conservateur des météorites au Smithsonian.
L'équipe a trouvé des preuves que les minéraux du silicate auraient réagi avec l'eau liquide résultante à des températures relativement basses d'environ 25 degrés Celsius ou à température ambiante.
Cette chaleur aurait pu s'attarder du processus d'accrétion lui-même, lorsque l'astéroïde parent de Bennu s'est formé pour la première fois, ou a été généré par des impacts plus tard dans son histoire, peut-être en combinaison avec la décroissance d'éléments radioactifs au plus profond de lui. La chaleur piégée aurait pu faire fondre la glace à l'intérieur de l'astéroïde, selon Zega.
« Maintenant, vous avez un liquide en contact avec un solide et une chaleur – tout ce dont vous avez besoin pour commencer à faire de la chimie », a-t-il déclaré. « L'eau a réagi avec les minéraux et a formé ce que nous voyons aujourd'hui: des échantillons dans lesquels 80% des minéraux contiennent de l'eau à l'intérieur, créé il y a des milliards d'années lorsque le système solaire se formait encore. »
La transformation des matériaux de Bennu ne s'arrête pas là. Un troisième article, également publié dans Géoscience de la naturerapporte des cratères microscopiques et de minuscules éclaboussures de roche autrefois fondue sur les surfaces des particules de Bennu – signe que l'astéroïde a été parsemé d'impacts de micrométéorite.
Ces impacts, ainsi que les effets du vent solaire, sont connus sous le nom de « altération de l'espace » et se produisent parce que Bennu n'a pas d'atmosphère pour le protéger. Cette altération se produit beaucoup plus rapidement que la sagesse conventionnelle ne l'aurait fait, selon l'étude, dirigée par Lindsay Keller à la NASA Johnson et Michelle Thompson à l'Université Purdue.
En tant que matériaux restants de la formation planétaire il y a 4,5 milliards d'années, les astéroïdes fournissent un enregistrement de l'histoire du système solaire. Mais beaucoup de ces restes peuvent être différents de ce que les météorites récupérées sur Terre suggéreraient, a déclaré Zega, car différents types de météores (fragments d'astéroïdes) peuvent brûler dans l'atmosphère et ne jamais se rendre au sol.
« Et ceux qui arrivent au sol peuvent réagir avec l'atmosphère de la Terre, en particulier si la météorite n'est pas récupérée rapidement après sa chute », a-t-il ajouté, « c'est pourquoi des échantillons de missions de retour telles que Osiris-Rex sont essentielles. »
