« C’est l’une des études les plus passionnantes sur laquelle j’ai travaillé », déclare Philipp Heck, conservateur au Field Museum, professeur associé à l’Université de Chicago, et auteur principal d’un article décrivant les résultats dans les Proceedings of the National Academy of Sciences. « Ce sont les matériaux solides les plus anciens jamais découverts, et ils nous renseignent sur la façon dont les étoiles se sont formées dans notre galaxie. »

Les matériaux examinés par Heck et ses collègues sont appelés grains présolaires – des minéraux formés avant la naissance du Soleil. « Ce sont des échantillons solides d’étoiles, de la vraie poussière d’étoiles », explique Heck. Ces morceaux de poussière d’étoiles sont restés piégés dans les météorites où ils sont restés inchangés pendant des milliards d’années, ce qui en fait des capsules temporelles de l’époque précédant le système solaire..

Mais les grains présolaires sont difficiles à trouver. Ils sont rares, on ne les trouve que dans environ cinq pour cent des météorites tombées sur Terre, et ils sont minuscules – une centaine des plus gros tiendrait sur le point à la fin de cette phrase. Mais le Field Museum possède la plus grande partie de la météorite de Murchison, un trésor de grains présolaires tombés en Australie en 1969 et que les habitants de Murchison, dans l’État de Victoria, ont mis à la disposition de la science. Les grains présolaires ont été isolés de la météorite de Murchison pour cette étude il y a environ 30 ans à l’Université de Chicago.

« Cela commence par le broyage de fragments de la météorite jusqu’à l’obtention d’une poudre , » explique Jennika Greer, étudiante diplômée au Field Museum et à l’Université de Chicago et co-auteur de l’étude. « Une fois que tous les morceaux sont séparés, c’est une sorte de pâte, et elle a une caractéristique piquante – elle sent le beurre de cacahuète pourri. »

Cette « pâte de météorite au beurre de cacahuète pourri » a ensuite été dissoute avec de l’acide, jusqu’à ce que seuls les grains présolaires restent. « C’est comme brûler la botte de foin pour trouver l’aiguille », dit Heck.

Une fois les grains présolaires isolés, les chercheurs ont compris de quels types d’étoiles ils provenaient et quel âge ils avaient. « Nous avons utilisé les données d’âge d’exposition, qui mesurent essentiellement leur exposition aux rayons cosmiques, qui sont des particules de haute énergie qui traversent notre galaxie et pénètrent la matière solide », explique Heck. « Certains de ces rayons cosmiques interagissent avec la matière et forment de nouveaux éléments. Et plus ils sont exposés longtemps, plus ces éléments se forment.

« Je compare cela au fait de sortir un seau lors d’une averse. En supposant que les précipitations soient constantes, la quantité d’eau qui s’accumule dans le seau vous indique combien de temps il a été exposé », ajoute-t-il. En mesurant combien de ces nouveaux éléments produits par les rayons cosmiques sont présents dans un grain présolaire, nous pouvons savoir combien de temps il a été exposé aux rayons cosmiques, ce qui nous indique son âge.

Les chercheurs ont appris que certains des grains présolaires de leur échantillon étaient les plus anciens jamais découverts – d’après la quantité de rayons cosmiques qu’ils avaient absorbés, la plupart des grains devaient avoir entre 4,6 et 4,9 milliards d’années, et certains grains étaient même plus vieux que 5,5 milliards d’années. À titre de comparaison, notre Soleil a 4,6 milliards d’années et la Terre 4,5 milliards d’années.

Mais l’âge des grains présolaires n’était pas la fin de la découverte. Comme les grains présolaires se forment lorsqu’une étoile meurt, ils peuvent nous renseigner sur l’histoire des étoiles. Et il y a 7 milliards d’années, il y avait apparemment une récolte abondante de nouvelles étoiles en formation – une sorte de baby-boom astral.

« Nous avons plus de grains jeunes que prévu », dit Heck. « Notre hypothèse est que la majorité de ces grains, qui ont entre 4,9 et 4,6 milliards d’années, se sont formés lors d’un épisode de formation stellaire accrue. Il y a eu un moment, avant le début du système solaire, où plus d’étoiles se sont formées que la normale. »

Cette découverte fait écho à un débat entre scientifiques sur la question de savoir si les nouvelles étoiles se forment ou non à un rythme régulier, ou s’il y a des hauts et des bas dans le nombre de nouvelles étoiles au fil du temps. « Certaines personnes pensent que le taux de formation d’étoiles de la galaxie est constant », déclare Heck. « Mais grâce à ces grains, nous avons maintenant des preuves directes d’une période de formation d’étoiles accrue dans notre galaxie il y a sept milliards d’années avec des échantillons de météorites. C’est l’une des principales conclusions de notre étude. »

Heck note que ce n’est pas la seule chose inattendue que son équipe a trouvée. En examinant la façon dont les minéraux contenus dans les grains interagissent avec les rayons cosmiques, les chercheurs ont également appris que les grains présolaires flottent souvent dans l’espace, collés les uns aux autres en de grands amas, « comme du granola », explique Heck. « Personne ne pensait que cela était possible à cette échelle ».

Heck et ses collègues se réjouissent de voir toutes ces découvertes faire progresser notre connaissance de notre galaxie. « Avec cette étude, nous avons directement déterminé les durées de vie des poussières d’étoiles. Nous espérons que cela sera repris et étudié afin que les gens puissent l’utiliser comme entrée pour les modèles de l’ensemble du cycle de vie galactique », dit-il.

Heck note qu’il reste des vies entières de questions à répondre sur les grains présolaires et les débuts du système solaire. « J’aimerais qu’il y ait plus de gens qui travaillent dessus pour en apprendre davantage sur notre galaxie natale, la Voie lactée », dit-il.

« Une fois que l’on a appris cela, comment voulez-vous étudier autre chose ? » dit Greer. « C’est génial, c’est la chose la plus intéressante au monde. »

« J’ai toujours voulu faire de l’astronomie avec des échantillons géologiques que je peux tenir dans ma main », dit Heck. « C’est tellement excitant de regarder l’histoire de notre galaxie. La poussière d’étoile est le matériau le plus ancien à atteindre la Terre, et grâce à elle, nous pouvons en apprendre davantage sur nos étoiles mères, l’origine du carbone dans notre corps, l’origine de l’oxygène que nous respirons. Grâce à la poussière d’étoiles, nous pouvons remonter jusqu’à l’époque précédant le Soleil. »

« C’est ce qui se fait de mieux après avoir pu prélever un échantillon directement sur une étoile », dit Greer.

Cette étude a été réalisée par des chercheurs du Field Museum, de l’Université de Chicago, du Lawrence Livermore National Laboratory, de l’Université de Washington, de la Harvard Medical School, de l’ETH Zurich et de l’Université nationale australienne. Le financement a été assuré par la NASA, la Fondation TAWANI, la Fondation nationale des sciences, le Département de l’énergie, le Fonds national suisse des sciences, le Conseil national brésilien pour le développement scientifique et technologique et le Comité de financement des sciences et des bourses du Field Museum.