A la recherche de poussières cosmiques… la collection CONCORDIA

Collectes et analyses isotopiques
de poussières extraterrestres
dans les neiges antarctiques,
comment, pourquoi ?
Jean Duprat
CSNSM-CNRS-Université Paris XI
M2 APIM Orsay, Jeudi 13 Octobre 2011
Le destin des étoiles massives,
les Super-Novae
SN 1572A, Tycho Brahe
NASA Hubble web site
Avant la naissance de notre
système solaire…
J. Duprat, CSNSM-IN2P3-CNRS
Du Big-Bang à nous …
Formation
de notre
Galaxie
Big-Bang
5
Milliards
d’années
Formation
de notre
Système Solaire
Nous
10
Milliards
d’années
15
Milliards
d’années
Il y a 4,5 Milliards d’années,
le soleil et les planètes se formaient…
Quels témoins pouvons nous retrouver ?
NASA Web site,
artiste view
Météorites & Antarctique
+ 30,000 meteorites
USA, Japon, Italie
Antarctic Meteorite
Research
PI : R. Harvey, Case Univ. US
Accumulation dans les
champs de glace bleue en Antarctique
J. Duprat, CSNSM-IN2P3-CNRS
D’où viennent les météorites ?
Entre Mars et Jupiter, les astéroïdes…
nos voisins immédiats
Aux confins du système solaire…
les comètes
La ceinture de Kuipert
Le nuage
de Oort
Terre soleil : 1 UA = 109 km ( 8 minutes. c)
Pluton : 50 UA (7 heures. c)
La ceinture de Kuiper : 70 UA (10 heures .c)
Le Nuage Oort : 200 000 UA (3 ans. c)
Les collectes spatiales et stratosphériques
Altitude 400km
Long Duration Exposure Facility (LDEF)
Crater data
Taille 10-500 mm
e.g. Love & Bronwlee Science 1993
Altitude 15-20 km
Interplanetary Dust Particles (IDPs)
The Cosmic Dust Program (NASA)
Taille 5-40 mm
Rietmeijer in Planetary Material
L’intérêt des régions polaires
les collectes groenlandaises
-> Grains non-fondus
M. Maurette, C. Hammer et al.
Nature 1987
Antarctic Micrometeorites
1 mm
Collectes très efficaces :
concentration des grains en surface
M. Maurette et al., Nature (1991), 351, 44-47.
Une trentaine de
collections dans de
multiples sédiments …
Review by S. Taylor & J. Lever 2001
Dôme C (75°S, 123°E)
la station CONCORDIA
1100 kms des côtes de Terre Adélie, 3200 m d’altitude
Un désert froid et sec
T° :[-80° ; -30°]
10 cm de neige /an
Un continent enfoui
Les récoltes de neige à CONCORDIA
La fonte et la filtration
Le fondoir
Les filtres de 30 mm sont
examinés à chaque fonte pour
vérifier la contamination
Les différents types de
poussières extraterrestres
50 mm
CONCORDIA # 03-26-15
J. Duprat, CSNSM-IN2P3-CNRS
CONCORDIA # 03-26-43
CONCORDIA # 03-26-49
CONCORDIA # 03-32-F
Le flux de matière ET sur Terre
Avant l’entrée
atmosphérique :
Fmet = (3-8) 103 kg/an
Halliday et al. Meteoritics 1989
Bland et al. GCA 1996
Fdust = (20–40) 106
kg/an
Love & Brownlee Science 1993
Grun et al. Icarus 1985
South Pole Water Well Collection
S. Taylor et al. (USA)
FCS = 1 600 ± 300 tons yr-1
Ftot = 2 700 ± 1400 tons yr-1
Taylor et al., Nature (1998)
• Une collection de sphérules cosmiques
• Une efficacité de collection de 100% ?
STARDUST retour Janvier 2006
Lancé Février 1999,
Rencontre Janvier 2004
Comète WILD2
D = 1.86 UA (280 millions kms)
Dapproch = 300 km
En Janvier 2006 :
Quelques centaines
de particules
de 0.001-0.01 mm
STARDUST (NASA)
2 Janvier 2004
Comet Wild 2
Janvier 2006
STARDUST les premiers résultats
• Taille 1-10 mm
• Capture Aérogel :
Fragmentation
Chauffage
Mélange…
Des phases réfractaires
Des sulfures de Fer
« Nous avons trouvé du feu sous la glace"
Brownlee et al., Science 2006
Des micrométéorites cométaires !
CONCORDIA Collection
Grain cométaire (NASA)
Une similitude frappante
CONCORDIA & STARDUST
Engrand, Duprat et al LPSC 2007
Un nouveau type de matériau interplanétaire:
les micrométéorites Ultracarbonées (UCAMM)
60-85vol%
Matière organique
C
Si
O Mg
S
Fe
~ 3 % des AMMs sont des Utracarbonnées
Thèse E. Dobrica (Dir. C. Engrand, CSNSM)
Dobrica, Engrand et al. LPSC 2008
Spectroscopie de Masse
CSNSM ORSAY
FE
LS
ES1
MS
Q1
DO
Q2
H1
DE
LT
Q3
DS0
A
DS
R
FA
LP1
SP1
Cs+
The IMS-Orsay ion micro-probe
P2
QS1,DS1
P1
DI
ES2
LP2
DS
LI
SP2
Objet
QS2, DS2
CP
Micrometeorites in-situ isotopic analysis
10
Pyroxene
Olivine
0
Melilite
17
OSMOW (‰)
Spinel
-10
-20
TF
CAI
-30
-40
-50
-50
-40
-30
18
-20
-10
d OSMOW (‰)
0
10
Engrand et al, 1999
Etude des micrométéorites Ultracarbonées CONCORDIA
Données D/H : les réservoirs de matière organique dans le
disque protoplanétaire
40
35
SMOW
dD ‰
Carbonaceous chondrites
Antarctic micrometeorites
30
N
25
20
15
10
5
Cometary Water
0
50
100 150 200 250 300
6
Antarctic Water D/H (x10 )
Engrand et al 1999
350
400
Duprat et al. Science 2010
Données Nanosims MNHN
Les premières phases minérales du
Système Solaire
HH 30
Télescope Hubble
V= 500 000 km/h
Disk = 64 109 km = 500 UA
J. Duprat, CSNSM-IN2P3-CNRS
Les micrométéorites CONCORDIA
nous apportent des informations sur les
premiers millions d’années du Soleil…
Chandra web site