En 2020, le vaisseau spatial Hayabusa2 non mélangé a réussi à retourner de petits fragments de l'astéroïde proche de la Terre Ryugu, fournissant les premiers échantillons vierges d'un astéroïde carboné. Les grains de ces échantillons ont été étudiés à la Synchrotron Light Source II nationale (NSLS-II), révélant de nouveaux détails dans la composition et l'origine de l'astéroïde. Cette perspicacité pourrait finalement aider à répondre à de grandes questions sur la façon dont l'eau et la matière organique existaient au début de la Terre, formant les éléments constitutifs de la vie.
NSLS-II est une installation d'utilisateurs du Département de l'Énergie du Département américain (DOE) au DOE's Brookhaven National Laboratory. Cette collaboration de recherche comprend des scientifiques de l'Université Stony Brook, du Brookhaven Lab, de l'Université d'État de New York à Plattsburgh, du Tokyo Institute of Technology et de l'Université Brown.
La mission Hayabusa2 a été dirigée par la Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), lancé en décembre 2014 et a abordé Ryugu en février 2019. Le 6 décembre 2020, le vaisseau spatial a effectué un fly-by Past Earth pour déposer des capsules hermétiquement scellés qui ont été maintenus en sécurité par des parachutes qui ont été déployés après le bilan par l'atmosphère. L'objectif de la mission était de récupérer des échantillons de Ryugu afin que les scientifiques puissent mieux comprendre l'origine et l'histoire évolutive des astéroïdes primitifs riches en organique. À son tour, ces connaissances pourraient nous en dire plus sur la formation des planètes de notre système solaire.
Ryugu, découvert en 1999, provenait probablement d'un corps proto-planétaire plus grand qui s'est formé dans les gammes externes glaciales du système solaire. En tant que tel, son maquillage aurait inclus de la glace d'eau et du dioxyde de carbone. Ce corps a ensuite été légèrement chauffé à près de 212 degrés Fahrenheit (100 degrés Celsius) par des éléments radioactifs de courte durée, faisant fondre les glaces et mobilisant des fluides qui interagissaient et modifiaient ses composants minéraux et organiques d'origine, formant une flopée de composés secondaires. Ces processus ont non seulement créé de nouveaux minéraux qui ne se trouvent pas sur Terre, mais catalysés par des molécules organiques complexes telles que les acides aminés, les éléments constitutifs essentiels pour la vie.
Tout cela s'est produit il y a environ 4,7 milliards d'années, et le matériel a été essentiellement conservé dans l'espace interplanétaire depuis lors. Les échantillons prélevés sur Ryugu contiennent les signatures de ces processus au début du système solaire. La Terre change constamment et, au fil du temps, ses processus naturels ont effacé la plupart des indices chimiques sur la façon dont le système solaire s'est formé pour la première fois. Des astéroïdes comme Ryugu préservent cet important morceau de l'histoire du système solaire.
Grâce à un processus hautement compétitif, le groupe de recherche a été alloué deux minuscules morceaux de l'astéroïde: un grain de sa surface et l'autre du sous-sol. Au NSLS-II, l'équipe a étudié les grains en utilisant une nouvelle combinaison de techniques de rayons X, qui a collectivement donné des informations sur la chimie microscopique à l'intérieur des échantillons, y compris les éléments spécifiques, comment ils sont distribués et leur structure moléculaire locale. De manière critique, ces techniques de rayons X sont non invasives et ne nécessitent pas que de tels échantillons précieux soient physiquement coupés.
Comme décrit par le projet Paul Northrup de l'Université Stony Brook, « la beauté de ces techniques combinées est que nous pouvons mesurer la chimie de l'extérieur et de l'intérieur d'un échantillon sans l'endommager. Il est important de préserver des échantillons aussi rares et uniques, en particulier lorsque des centaines de chercheurs sont en concurrence pour l'accès à si peu de matériel. »
Les études ont été menées à deux lignes de faisceau NSLS-II, la ligne de faisceau de microsonde à fluorescence à rayons X (XFM) et la ligne de faisceau de spectroscopie d'absorption des rayons X de l'énergie tendre (TE). Le groupe a utilisé deux techniques d'imagerie aux rayons X: la microtomographie calculée par fluorescence à faisceau rose au niveau de la ligne de faisceau XFM et de la microspectroscopie à rayons X tendre à la ligne de faisceau TES.
« C'est un vrai régal de travailler avec une équipe aussi bien équilibrée de scientifiques d'horizons différents pour caractériser les matériaux collectés dans l'espace », a déclaré Ryan Tappero, le scientifique de la ligne de faisceau de plomb de la ligne de faisceau XFM.
Les résultats de l'équipe montrent que les grains d'astéroïdes sont composés d'un large éventail de minéraux et de composés contenant des éléments tels que le sélénium, le manganèse, le fer, le soufre, le phosphore, le silicium et le calcium.
Par exemple, le manganèse s'est principalement produit sous forme de dolomite et d'antérite portant le manganèse, deux minéraux carbonatés. Le fer était présent sous forme de minéral sulfure, de pyrrhotite et d'un minéral d'oxyde, de magnétite. Le cuivre était présent comme une forme de sulfure de cuivre. Le phosphore a été trouvé sous deux formes: comme l'hydroxyapatite minérale, mieux connue sous le nom de minéral des dents et des os, ainsi qu'un minéral phosphide rare que l'on ne trouve pas sur Terre.
Ces indices commencent à raconter une histoire sur les matériaux de départ de l'astéroïde et leurs premières interactions avec les liquides. En particulier, le suivi du soufre sous ses différentes formes dans les échantillons est important car le soufre est un acteur majeur de la chimie des fluides et un composant de certains composés organiques.
Au total, les résultats suggèrent qu'il y avait plusieurs étapes de liquides qui ont modifié l'astéroïde. Ces informations contribuent à mieux définir la séquence de l'activité du fluide et des processus qui ont conduit à la composition actuelle de Ryugu et d'autres astéroïdes carbonés.
Plus récemment, la mission Osiris-Rex de la NASA est revenue avec des échantillons prélevés dans un astéroïde carboné différent, Bennu. Ce même groupe de recherche a hâte de comparer ces nouveaux échantillons à Ryugu en utilisant les lignes de faisceau d'imagerie à NSLS-II.
Cette recherche a été publiée dans le numéro du 19 avril 2024 de Géosciences.
