Des signatures de matière organique riche en azote dans les micro-météorites ultra-carbonées

Une équipe interdisciplinaire de chercheurs de l'IAS, du CSNSM et de la ligne SMIS du synchrotron SOLEIL a procédé à la première étude systématique en laboratoire de la matière organique provenant de poussières interplanétaires exceptionnelles, les micrométéorites ultra-carbonées (Ultra-Carbonaceous MicroMeteorites, UCAMMs).

Les poussières interplanétaires parcourent le système solaire et représentent le principal flux de matière extraterrestre sur notre planète, sous forme de micrométéorites, de taille allant jusqu'à quelques centaines de microns. Les UCAMMs caractérisées dans ce travail ont été collectées dans la neige du continent Antarctique à proximité de la Station Concordia (*). Les UCAMMs ne représentent qu’une faible fraction du flux de micrométéorites, mais elles contiennent des proportions très élevées de matière organique, dont les caractéristiques diffèrent de celles observées dans la matière organique des autres matériaux extraterrestres.

Dans ce travail, les auteurs ont procédé à la première étude systématique de huit UCAMMs en utilisant des techniques de micro-spectroscopie infrarouge sur synchrotron (μ-FTIR), de spectrométrie Raman visible et d'analyses par microsonde électronique. Les résultats révèlent un composant organique dont le rapport entre les liaisons CH de type aliphatique et aromatique C=C est faible. Sa teneur en azote est très supérieure à celle observée dans la matière organique extraite des météorites ou des poussières interplanétaires classiques alors que la teneur en oxygène s'avère inférieure. Les spectres μ-FTIR sont compatibles avec la présence de groupements fonctionnels de type cétone ou aldéhydes et certains spectres IR et Raman montrent des signatures de liaisons de type nitriles. Les spectres sont compatibles avec la présence de liaisons C-N dans un réseau carboné différent de celui observé dans la matière organique extraite des météorites. Enfin, le rapport silicium sur carbone des UCAMMs s’avère très inférieur à celui de la matière extraterrestre analysée à ce jour (météorite, poussières interplanétaires).
 

L'ensemble de ces résultats indique que les processus physico-chimique à l'origine de la formation de la matière organique des UCAMMs ont eu lieu dans un environnement, froid et riche en azote, soumis à un rayonnement énergétique (photons, rayons cosmiques). De telles conditions sont réunies à la surface des petits corps glacés situés dans le système solaire externe. Les rapports d’abondance de C/Si et N/C dans les UCAMMs analysées dans ce travail sont les plus élevés observés dans le système solaire. Ils confirment la possibilité d'un gradient des rapports d'abondances élémentaires d’éléments majeurs, C/Si et N/C dans les phases solides du disque protoplanétaire qui entourait le jeune Soleil.
Les UCAMMs ouvrent la possibilité d'obtenir de nouvelles connaissances sur la composition de la surface des petits objets glacés les plus éloignés de notre étoile et participent à une meilleure compréhension de l'origine de la matière organique interplanétaire.

Cette recherche expérimentale est décrite dans un article récemment publié dans Astronomy & Astrophysics et fait l'objet d'un « highlight » de cette revue.

(*) : La Station Concordia, située à Dôme  C (73° S, 123°E), est gérée par les instituts polaires français et italien (IPEV et PNRA).

Contacts : emmanuel.dartois_at_u-psud.fr / cecile.engrand_at_csnsm.in2p3.fr

Référence associée:
« Dome C ultracarbonaceous Antarctic micrometeorites - Infrared and Raman fingerprints » E. Dartois, C. Engrand, J. Duprat, M. Godard, E. Charon, L. Delauche, C. Sandt and F. Borondics, Astronomy & Astrophysics 609, A65 (2018), DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/201731322

Notes:

Ce travail a été soutenu par les programmes nationaux (PNP, PCMI), le centre national d'études spatiales (CNES), l'ANR, le DIM-ACAV, l'université Paris-Saclay et le CNRS. Le travail à la station Concordia a été effectué grâce à l’aide financière et logistique de l'IPEV.
 

Figure 1: Images en électrons rétrodiffusés mesurées à 15kV des fragments de micrométéorites (UCAMMs) analysées dans cette étude. Les barres d'échelle correspondent à 5 μm pour chaque image.

Figure 2 : À gauche, les abondances atomiques relatives azote/carbone des UCAMMs (étoiles) sont comparées à celles de corps solides du système solaire, en fonction la distance au Soleil. À droite: même figure pour les abondances atomiques relatives carbone/silicium.