« La gravité n’explique pas tout » : une météorite révèle une force cachée à l’origine du Système solaire

Il y a 4,6 milliards d'années, notre Système solaire n'existait pas encore. Pas de Terre ni d'autres planètes. Pas de Soleil non plus. Seul un gigantesque nuage de gaz et de poussière était présent. C'est pourtant à partir de cette nébuleuse qu'est né le Soleil, puis toutes les planètes de notre système. Les détails de cette transformation sont toutefois encore mal compris.

L’origine nébuleuse de notre Système solaire

Dès la fin du XVIII^e siècle, des scientifiques, comme Emmanuel Kant et Pierre-Simon de Laplace, envisagent déjà l'idée que le Soleil et les planètes se seraient formés à partir d'un vaste nuage de matière.

Les modèles actuels ont depuis considérablement précisé ce scénario, dans lequel l'effondrement gravitationnel joue un rôle majeur. Cet effondrement aurait permis la naissance d'une proto-étoile au centre de la nébuleuse. La conservation du moment cinétique aurait alors conduit la matière restante à s'aplatir progressivement pour former un disque protoplanétaire en rotation autour de la jeune étoile. La distribution hétérogène des éléments et des poussières au sein de ce disque aurait ensuite mené à la formation du Soleil et des différentes planètes.

Formation du Soleil au centre du disque protoplanétaire. © Nasa, JPL-Caltech, T. Pyle

Si cette théorie d'un effondrement gravitaire de la nébuleuse solaire est largement acceptée, une nouvelle étude révèle que d'autres forces pourraient toutefois avoir également participé au façonnage du disque protoplanétaire et aux premières étapes de la naissance de notre Système solaire.

Les plus anciens grains solides connus

En 2008, des scientifiques découvraient au cœur de la chaîne Dominion, en Antarctique, une chondrite carbonée, aujourd'hui reconnue comme l'une des météorites les plus primitives jamais découvertes. Baptisée DOM 08006, elle est notamment exceptionnelle en raison du très faible taux d'altération subit depuis sa formation. Elle a ainsi remarquablement conservé certains des matériaux les plus anciens du Système solaire.

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DOM 08006 contient notamment des inclusions riches en calcium et en aluminium, appelées CAI, qui comptent parmi les tout premiers solides formés dans le Système solaire. Ces minuscules grains peuvent ainsi renseigner directement les chercheurs sur les conditions physico-chimiques qui régnaient dans la nébuleuse solaire en évolution.

Formation des premiers grains solides dans le disque protoplanétaire. © Hernán Canellas

Une nouvelle analyse de ces grains a ainsi révélé de précieuses informations sur le Système solaire primitif. Une équipe de chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) a isolé les minuscules CAI et identifié une poignée d'entre eux contenant des minéraux magnétiques, notamment à base de fer. Or, ces minéraux ont la capacité de conserver « l'empreinte » du champ magnétique dans lequel ils se sont formés.

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Ces grains pourraient-ils donc témoigner de l'existence, il y a 4,6 milliards d'années, d'un champ magnétique au sein de la nébuleuse ? Si oui, cela pourrait changer notre compréhension de la formation du disque protoplanétaire et des premières étapes de la naissance du Système solaire.

Une empreinte magnétique vieille de 4,6 milliards d’années

Les chercheurs ont donc réalisé des mesures magnétiques sur ces grains. Et, surprise, les résultats ont révélé qu'un champ magnétique existait déjà bel et bien aux tout premiers stades de la formation du Système solaire. Sa puissance a été estimée entre 150 et 600 microteslas, soit environ 3 à 12 fois l'intensité du champ magnétique terrestre actuel.

Des indices de l'existence d'un champ magnétique avaient déjà été retrouvés dans des matériaux formés quelques millions d'années après le début de la formation du Système solaire. Cette nouvelle étude permet toutefois de remonter beaucoup plus loin dans le temps, jusqu'aux quelque 200 000 premières années de son histoire.

Gravité et magnétisme ont façonné notre Système solaire

Les champs magnétiques sont générés par le mouvement de particules chargées électriquement. Or, l'effondrement du nuage de gaz et de poussière a pu créer les conditions nécessaires à l'établissement d'un champ magnétique primordial au sein du disque.

L'existence de ce champ magnétique primitif était donc déjà suspectée, mais les nouvelles mesures apportent une preuve directe de sa présence aux toutes premières étapes de la formation du Système solaire.

Un puissant champ magnétique existait déjà il y a 4,6 milliards d'années, avant même que les planètes de notre Système solaire ne se forment. © Hernán Canellas

La présence d'un tel champ magnétique aurait d'ailleurs eu un impact sur l'évolution du disque protoplanétaire. « Nous pensons que ce type de champ magnétique aurait contribué à déplacer le gaz au sein du disque protoplanétaire vers l'étoile centrale en formation, le Soleil », explique Cauê Borlina, auteur principal de l'étude publiée dans PNAS.

Si la gravité a assurément joué un rôle majeur dans ce processus, ces résultats montrent que les champs magnétiques doivent eux aussi être pris en compte pour comprendre la dynamique du disque protoplanétaire et les premières étapes de la formation du Soleil.