Preuve d'une activité géothermique sur des planètes naines glacées

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Une équipe codirigée par le Southwest Research Institute a découvert des preuves d'une activité hydrothermale ou métamorphique au sein des planètes naines glacées Eris et Makemake, situées dans la ceinture de Kuiper. Le méthane détecté à leur surface présente des signes révélateurs d'une géochimie chaude, voire chaude, dans leurs noyaux rocheux, ce qui est nettement différent de la signature du méthane provenant d'une comète.

« Nous observons des signes intéressants de périodes chaudes dans des endroits frais », a déclaré le Dr Christopher Glein du SwRI, expert en géochimie planétaire et auteur principal d'un article sur cette découverte. « Je suis arrivé dans ce projet en pensant que les grands objets de la ceinture de Kuiper (KBO) devraient avoir des surfaces anciennes peuplées de matériaux hérités de la nébuleuse solaire primordiale, car leurs surfaces froides peuvent préserver des substances volatiles comme le méthane. Au lieu de cela, le télescope spatial James Webb (JWST) a donné Nous avons été surpris ! Nous avons trouvé des preuves indiquant des processus thermiques produisant du méthane à partir d'Eris et de Makemake.

La ceinture de Kuiper est une vaste région de corps glacés en forme de beignet au-delà de l'orbite de Neptune, à la limite du système solaire. Eris et Makemake sont de taille comparable à Pluton et à sa lune Charon. Ces corps se sont probablement formés au début de l’histoire de notre système solaire, il y a environ 4,5 milliards d’années. Loin de la chaleur de notre Soleil, les KBO étaient considérés comme des objets froids et morts. Des travaux récemment publiés issus des études JWST ont permis de réaliser les premières observations de molécules isotopiques sur les surfaces d'Eris et Makemake. Ces soi-disant isotopologues sont des molécules qui contiennent des atomes possédant un nombre différent de neutrons. Ils fournissent des données utiles pour comprendre l’évolution planétaire.

L'équipe JWST a mesuré la composition de la surface des planètes naines, en particulier le rapport deutérium (hydrogène lourd, D) sur hydrogène (H) dans le méthane. On pense que le deutérium s’est formé lors du Big Bang et que l’hydrogène est le noyau le plus abondant de l’univers. Le rapport D/H sur un corps planétaire fournit des informations sur l’origine, l’histoire géologique et les voies de formation des composés contenant de l’hydrogène.

« Le rapport D/H modéré que nous avons observé avec JWST dément la présence de méthane primordial sur une surface ancienne. Le méthane primordial aurait un rapport D/H beaucoup plus élevé », a déclaré Glein. « Au lieu de cela, le rapport D/H indique les origines géochimiques du méthane produit dans les profondeurs intérieures. Le rapport D/H est comme une fenêtre. Nous pouvons l'utiliser dans un sens pour scruter le sous-sol. Nos données suggèrent des températures élevées dans le sous-sol. noyaux rocheux de ces mondes afin que le méthane puisse être cuit. L'azote moléculaire (N2) pourrait également être produit, et nous le voyons sur Eris. Les noyaux chauds pourraient également indiquer des sources potentielles d’eau liquide sous leurs surfaces glacées. »

Au cours des deux dernières décennies, les scientifiques ont appris que les mondes glacés peuvent avoir une évolution interne beaucoup plus importante qu’on ne le pensait autrefois. Des preuves de l'existence d'océans souterrains ont été trouvées sur plusieurs lunes glacées telles que Encelade, la lune de Saturne, et Europe, la lune de Jupiter. L’eau liquide est l’un des ingrédients clés pour déterminer l’habitabilité potentielle de la planète. La possibilité de l'existence d'océans aquatiques à l'intérieur d'Eris et Makemake est quelque chose que les scientifiques vont étudier dans les années à venir. Si l’un ou l’autre était habitable, il deviendrait alors le monde le plus éloigné du système solaire susceptible d’héberger la vie. La découverte d’indicateurs chimiques de processus internes leur permet de faire un pas dans cette direction.

« Si Eris et Makemake abritaient, ou pouvaient peut-être encore héberger, des géochimies chaudes, voire chaudes, dans leurs noyaux rocheux, des processus cryovolcaniques pourraient alors livrer du méthane à la surface de ces planètes, peut-être à une époque géologiquement récente », a déclaré le Dr Will Grundy. un astronome à l'Observatoire Lowell, l'un des co-auteurs de Glein et auteur principal d'un article complémentaire. « Nous avons trouvé un rapport isotopique du carbone (13C/12C) qui suggère un resurfaçage relativement récent.

Ce travail s’inscrit dans un changement de paradigme en science planétaire. Il est de plus en plus reconnu que les mondes froids et glacials peuvent être chaleureux au cœur. Les modèles développés pour cette étude indiquent en outre la formation de gaz géothermiques sur la lune Titan de Saturne, qui contient également du méthane en abondance. De plus, l'inférence d'une activité inattendue sur Eris et Makemake souligne l'importance des processus internes dans l'élaboration de ce que nous observons sur les grands KBO et est cohérente avec les découvertes sur Pluton.

« Après le survol du système Pluton par New Horizons et avec cette découverte, la ceinture de Kuiper s'avère bien plus vivante en termes d'hébergement de mondes dynamiques que nous l'aurions imaginé », a déclaré Glein. « Il n'est pas trop tôt pour commencer à envisager d'envoyer un vaisseau spatial survoler un autre de ces corps afin de replacer les données JWST dans un contexte géologique. Je pense que nous serons stupéfaits par les merveilles qui nous attendent ! »

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