Preuve d'isotopes d'oxygène provenant d'échantillons de Ryugu pour l'apport précoce d'eau sur Terre par les chondrites CI

Nature Astronomy volume 7, pages 29-38 (2023)Citer cet article

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L’apport d’eau au système solaire interne, y compris la Terre, reste un sujet débattu. Le rôle préférentiel des astéroïdes hydratés dans ce processus est confirmé par les mesures isotopiques. Les météorites chondrites carbonées (CC) représentent notre principale source d’informations sur ces astéroïdes riches en substances volatiles. Cependant, la destruction des matériaux les plus faibles lors de l'entrée dans l'atmosphère crée un biais dans nos données CC. Le retour des matériaux de surface de l'astéroïde de type C 162173 Ryugu par le vaisseau spatial Hayabusa2 offre une opportunité unique d'étudier des matériaux primitifs à haute porosité et faible densité, non représentés dans les archives des météorites. Nous avons mesuré la composition isotopique globale de l'oxygène à partir de quatre particules Ryugu et avons montré qu'elles ressemblent le plus aux rares chondrites CI (type CC Ivuna), mais avec quelques différences que nous attribuons à la contamination terrestre des météorites CI. Nous suggérons que les matériaux liés à l'IC sont répandus parmi les astéroïdes carbonés et constituent une source d'eau et d'autres substances volatiles sur Terre plus importante que ne l'indique sa présence limitée dans notre collection de météorites.

Entre juin 2018 et novembre 2019, le vaisseau spatial JAXA Hayabusa2 a effectué des observations et des mesures spectroscopiques détaillées de l'astéroïde de type C 162173 Ryugu. Du matériel provenant de deux emplacements différents sur l’astéroïde a été collecté et renvoyé sur Terre le 6 décembre 2020 (réf. 1). Un échantillon a été stocké dans la chambre A de la capsule de retour et l'autre, collecté à proximité d'un cratère formé par un impacteur, a été stocké dans la chambre C. Les données spectroscopiques proche infrarouge obtenues lors des observations orbitales de l'astéroïde Ryugu ont indiqué qu'il était composé de matière " similaires aux météorites chondrites carbonées métamorphisées thermiquement et/ou par choc » (réf. 2,3), avec une correspondance potentielle avec les chondrites CY (type Yamato)4. Contrairement à cette interprétation, les premières études de conservation menées dans les installations JAXA ISAS suggèrent que les échantillons renvoyés étaient « très similaires aux chondrites CI » (réf. 1). Ces classifications contradictoires ne peuvent être résolues que par des études de caractérisation détaillées des particules Ryugu. En particulier, l’analyse des isotopes de l’oxygène de haute précision est largement reconnue comme la technique la plus puissante pour établir les relations entre des échantillons individuels et des groupes de météorites bien caractérisés. Les résultats présentés ici fournissent une base solide pour évaluer la relation entre les échantillons de Ryugu et l'inventaire de météorites de chondrites carbonées (CC).

Des sous-échantillons de quatre particules Ryugu distinctes ont été analysés pour leurs compositions isotopiques en oxygène en vrac par fluoration laser, en utilisant une technique « à un coup »5,6 (Méthodes). Trois des quatre échantillons analysés provenaient de la chambre C (C0014,21 ; C0068,21 ; C0087,2) et un de la chambre A (A0098,2). Les techniques de transport, de chargement et d'analyse des échantillons utilisées dans cette étude ont permis de garantir qu'à aucun moment les particules n'étaient exposées à une contamination atmosphérique (méthodes).

Les quatre particules à partir desquelles le matériau analysé a été extrait sont principalement constituées de phyllosilicates à grains fins et grossiers, variant entre environ 64 et 88 % en volume (réf. 7) (Fig. 1a, b). Des silicates anhydres (olivine et pyroxène) n’ont été observés dans aucune de ces quatre particules, mais de rares exemples ont été identifiés dans d’autres particules de Ryugu8,9. Les phyllosilicates comprennent une intercroissance serpentine-saponite et ont des compositions globales qui chevauchent entièrement celles trouvées dans les CIs7. Les minéraux carbonatés, principalement la dolomite, avec un peu de carbonate de Ca et de breunnérite, sont présents en quantités très variables (environ 2 à 21 % en volume7). La magnétite (environ 3,6 à 6,8 % en volume), sous forme de framboides, de plaquettes et d'agrégats sphériques, ainsi que des minéraux sulfurés (environ 2,4 à 5,6 % en volume) sont également présents dans la matrice riche en phyllosilicate (Fig. 1a, b)7,9. Les particules de Ryugu ont une porosité moyenne élevée de 41 % et par conséquent une faible densité moyenne de 1 528 ± 242 kg m−3, comparable à celle de la chondrite CI Orgueil ou de la météorite primitive non groupée Tagish Lake9.