La poussière d'étoiles collectée par Stardust

Lancée le 7 juillet 1999, la mission Stardust avait pour but la récolte de poussières d’étoile, des fragments datant des origines de notre système solaire et qui n’ont pas subi les affres du temps depuis. Rien que ça ! Mais où trouver de telles poussières ? Dans les comètes pardi !

 

En effet, les comètes orbitent autour du soleil avec une trajectoire très fortement elliptique, et n’ont interagi avec aucun corps depuis les débuts de notre système solaire. Leur composition reste donc la même qu’au moment où elles se sont formées, ce qui peut fournir de précieuses informations sur les origines de notre Soleil et la formation des planètes. Lorsqu’elles passent à proximité du Soleil, les comètes fondent en partie, laissant échapper dans l’espace des fragments qui les composent. La mission Stardust a donc été mise au point par la NASA, afin de récupérer certains de ces fragments. La sonde est équippée d’un réceptacle en forme de raquette de tennis  rempli d’aérogel, un matériau très peu dense, constitué de 99,8% de vide en volume, le reste étant majoritairement du silicium. L’usage d’un tel maériau est nécessaire pour capturer en douceur les poussières, dont la taille n’excède pas la taille d’un grain de sable.

Car le pari fou de cette mission, est de parvenir à placer Stardust dans la trajectoire d’une comète, de façon à la suivre, et à récolter les poussières qu’elle laissera échapper. La candidate choisie pour être traquée est la comète 81P, également appelée Wild-2 d’après son découvreur Paul Wild qui l’observa pour la première fois en 1978. Wild-2 est originaire de la ceinture de Kuiper, loin derrière l’orbite de Pluton, mais a été déviée lors de son passage à proximité de Jupiter (environ 1 million de kilomètres) en 1974, ramenant son orbite plus près du Soleil.

 Après son lancement, deux collectes de poussières interstellaires, une accélération assistée par la Terre, et un bref épisode photo de l’astéroïde Annefranck, Stardust s’est finalement fixé le 2 janvier 2004 sur son objectif final : la comète Wild-2. La rencontre couvre une période d’environ 50 jours, au cours desquels la sonde s’est approchée à moins de 240km de la comète à une vitesse relative de 6 km/s, pour en collecter des fragments et en prendre des clichés haute résolution. Le 15 janvier 2006, après son périple de plus de 6,5 milliards de kilomètres, Stardust rejoignait enfin la Terre, largant sa capsule contenant les échantillons collectés.

Des traces de particules laissées dans l’aérogel

 
Ces traces, obtenues lors d’une expérience avec un pistolet à air comprimé, sont du même genre que celles laissées par les poussières de la comète Wild-2. Des chercheurs du Naval Research Laboratory (Washington) ont analysé les fragments ramenés par la mission, emprisonnés aussi bien dans l’aérogel que dans le cadre d’aluminium. Les échantillons, pour la plupart plus fins qu’un cheveu, ont été étudiés au microscope électronique à transmission (MET) et au microscope à faisceau focalisé d’ions (FIB).

D’après les premiers résultats obtenus, la comète est principalement composée de micrograins de silicates riches en magnésium, comme le pyroxène (MgSiO3), de silicates amorphes, et de nanograins de sulfures de fer. En parallèle, d’autres études ont été menées à la Carnegie Institution (Washington), apportant elles aussi leur lot de découvertes : les pourcentages isotopiques indiquent qu’environ 10% des matériaux de la comète se seraient formés à la chaleur de la nébuleuse, dont ils auraient été expulsés alors que le Soleil se formait ; ce n’est que loin de ce lieu de naissance que les matériaux se seraient assemblés pour former la comète Wild-2 telle qu’on la connait aujourd’hui. En particulier, la teneur en isotopes de l’oxygène dans ces fragments ressemble beaucoup à celle que l’on peut trouver dans les météorites plus proches de nous. La présence d’olivine, matériau composé de fer et de magnésium, avait déjà été confirmée dans les échantillons récupérés  ; or un tel matériau ne peut se former qu’à des températures très élevées (plus de 1200°C à pression atmosphérique), présumément dans la nébuleuse primordiale. 

D’un autre côté, la présence de certains isotopes de l’hydrogène et de l’azote semblent indiquer que des bouts de la comète étaient déjà présents avant même que le Soleil ne se forme. Ceci est également corroboré par les molécules "organiques"  retrouvées : elles ont des structures particulièrement instables, beaucoup plus que dans les météorites (où les matériaux carbonés ressemblent beaucoup à de la suie), qui n’auraient pas survécu à la fournaise de la nébuleuse ; elles dateraient donc d’avant la formation du Soleil. De plus ces composés organiques ont une teneur élevée en oxygène et en azote, beaucoup plus élevée que dans les formes organiques primordiales retrouvées dans les météorites. Les scientifiques ont du mal à établir comment de telles structures sont apparues, se sont conservées dans les comètes, et ont survécu à l’impact dans l’aérogel de Stardust à plus de 6 km/s.

Il apparaît donc que la composition des comètes est loin du simple mélange habituel de poussières, de glace et de gaz. Les analyses des différents matériaux et isotopes semblent indiquer que certaines parties se sont formées dans un environnement chaud, présumément la nébuleuse à l’origine de la formation de notre étoile, et d’autres dans un milieu glacial, en périphérie de notre système, dans la ceinture de Kuiper. Des recherches plus approfondies sont en cours, qui devraient permettre de répondre à de nombreuses questions, dont celle de la formation des comètes, de notre Soleil (et des étoiles en général), et peut-être des origines de la Vie sur Terre.