Le voyage interstellaire du carbone vers la Terre – Technoguide

Nous sommes faits de poussière d’étoiles, dit le proverbe, et deux études, y compris des recherches de l’Université du Michigan, révèlent que cela est peut-être plus vrai que nous ne le pensions auparavant.

La première étude, dirigée par le chercheur UM Jie (Jackie) Li et publiée dans Science Advances, révèle que la majeure partie du carbone sur Terre a probablement été fournie par le milieu interstellaire, le matériau qui existe dans l’espace entre les étoiles d’une galaxie. Cela s’est probablement produit bien après le disque protoplanétaire, le nuage de poussière et de gaz qui entourait notre jeune soleil et contenait les éléments constitutifs des planètes, formé et réchauffé.

Le carbone a également probablement été séquestré dans les solides moins d’un million d’années après la naissance du soleil – ce qui signifie que le carbone, l’épine dorsale de la vie sur Terre, a survécu à un voyage interstellaire vers notre planète.

Auparavant, les chercheurs pensaient que le carbone de la Terre provenait de molécules initialement présentes dans le gaz nébulaire, qui s’accrétaient ensuite dans une planète rocheuse lorsque les gaz étaient suffisamment froids pour que les molécules précipitent. Li et son équipe, qui comprend l’astronome UM Edwin Bergin, Geoffrey Blake du California Institute of Technology, Fred Ciesla de l’Université de Chicago et Marc Hirschmann de l’Université du Minnesota, soulignent dans cette étude que les molécules de gaz qui transportent du carbone ne ne pas être disponible pour construire la Terre car une fois que le carbone se vaporise, il ne se condense pas en un solide.

«Le modèle de condensation a été largement utilisé pendant des décennies. Il suppose que pendant la formation du soleil, tous les éléments de la planète se sont vaporisés et que le disque se refroidissait, certains de ces gaz se condensaient et fournissaient des ingrédients chimiques aux corps solides. Mais cela ne fonctionne pas pour le carbone », a déclaré Li, professeur au Département des sciences de la Terre et de l’environnement de l’UM.

Une grande partie du carbone a été livrée au disque sous forme de molécules organiques. Cependant, lorsque le carbone est vaporisé, il produit des espèces beaucoup plus volatiles qui nécessitent des températures très basses pour former des solides. Plus important encore, le carbone ne se condense pas à nouveau sous une forme organique. Pour cette raison, Li et son équipe ont déduit que la majeure partie du carbone terrestre était probablement héritée directement du milieu interstellaire, évitant ainsi complètement la vaporisation.

Pour mieux comprendre comment la Terre a acquis son carbone, Li a estimé la quantité maximale de carbone que la Terre pouvait contenir. Pour ce faire, elle a comparé la vitesse de déplacement d’une onde sismique à travers le noyau aux vitesses sonores connues du noyau. Cela a indiqué aux chercheurs que le carbone représentait probablement moins d’un demi pour cent de la masse terrestre. Comprendre les limites supérieures de la quantité de carbone que la Terre pourrait contenir indique aux chercheurs des informations sur le moment où le carbone aurait pu être livré ici.

“Nous avons posé une question différente: nous avons demandé combien de carbone pourriez-vous mettre dans le noyau de la Terre tout en restant cohérent avec toutes les contraintes”, a déclaré Bergin, professeur et directeur du département d’astronomie de l’UM. “Il y a de l’incertitude ici. Embrassons l’incertitude pour demander quelles sont les véritables limites supérieures de la quantité de carbone qui est très profonde dans la Terre, et cela nous dira le vrai paysage dans lequel nous nous trouvons.

Le carbone d’une planète doit exister dans la bonne proportion pour soutenir la vie telle que nous la connaissons. Trop de carbone et l’atmosphère terrestre ressemblerait à Vénus, emprisonnant la chaleur du soleil et maintenant une température d’environ 880 degrés Fahrenheit. Trop peu de carbone, et la Terre ressemblerait à Mars: un endroit inhospitalier incapable de supporter la vie à base d’eau, avec des températures autour de moins 60.

Dans une deuxième étude du même groupe d’auteurs, mais dirigée par Hirschmann de l’Université du Minnesota, les chercheurs ont examiné comment le carbone est traité lorsque les petits précurseurs des planètes, connus sous le nom de planétésimaux, retiennent le carbone au cours de leur formation précoce. En examinant les noyaux métalliques de ces corps, maintenant préservés sous forme de météorites de fer, ils ont découvert que pendant cette étape clé d’origine planétaire, une grande partie du carbone doit être perdue lorsque les planétésimaux fondent, forment des noyaux et perdent du gaz. Cela bouleverse la pensée antérieure, dit Hirschmann.

“La plupart des modèles contiennent le carbone et d’autres matériaux essentiels à la vie tels que l’eau et l’azote qui vont de la nébuleuse dans les corps rocheux primitifs, et ceux-ci sont ensuite livrés à des planètes en croissance telles que la Terre ou Mars”, a déclaré Hirschmann, professeur de sciences de la terre et de l’environnement. . “Mais cela saute une étape clé, dans laquelle les planétésimaux perdent une grande partie de leur carbone avant de s’accrocher aux planètes.”

L’étude de Hirschmann a été récemment publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences.

“La planète a besoin de carbone pour réguler son climat et permettre à la vie d’exister, mais c’est une chose très délicate”, a déclaré Bergin. “Vous ne voulez pas en avoir trop peu, mais vous ne voulez pas en avoir trop.”

Bergin dit que les deux études décrivent toutes deux deux aspects différents de la perte de carbone – et suggèrent que la perte de carbone semble être un aspect central dans la construction de la Terre en tant que planète habitable.

«Répondre à la question de savoir si des planètes semblables à la Terre existent ailleurs ne peut être réalisé qu’en travaillant à l’intersection de disciplines comme l’astronomie et la géochimie», a déclaré Ciesla, professeur de sciences géophysiques à l’U. De C. «Bien que les approches et les questions spécifiques auxquelles les chercheurs s’efforcent de répondre diffèrent selon les domaines, la construction d’une histoire cohérente nécessite d’identifier des sujets d’intérêt mutuel et de trouver des moyens de combler les écarts intellectuels entre eux. Cela est difficile, mais l’effort est à la fois stimulant et récompense.”

Blake, co-auteur des deux études et professeur Caltech de cosmochimie, de science planétaire et de chimie, dit que ce type de travail interdisciplinaire est essentiel.

“Au cours de l’histoire de notre galaxie seulement, des planètes rocheuses comme la Terre ou un peu plus grandes ont été assemblées des centaines de millions de fois autour d’étoiles comme le Soleil”, a-t-il déclaré. “Pouvons-nous étendre ce travail pour examiner plus largement la perte de carbone dans les systèmes planétaires? Une telle recherche nécessitera une communauté diversifiée de chercheurs.”

Les sources de financement pour cette recherche collaborative comprennent la National Science Foundation, le programme de recherche sur les exoplanètes de la NASA, le programme Emerging Worlds de la NASA et le programme d’astrobiologie de la NASA.

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