La poussière d’étoiles piégée dans la glace antarctique révèle des dizaines de milliers d’années du passé du Système solaire.
Stardust trapped in Antarctic ice reveals tens of thousands of years of Solar System’s past
We can study the cosmos by tracing debris from exploding stars right here on Earth.
Nous pouvons étudier le cosmos en traçant les débris d’étoiles en explosion ici même sur Terre.
When you think of outer space, you’re likely picturing stars, planets and moons. But much of space is filled with clouds of gas, plasma and stardust – known as interstellar clouds.
Quand on pense à l’espace, on imagine probablement des étoiles, des planètes et des lunes. Mais une grande partie de l’espace est remplie de nuages de gaz, de plasma et de poussière d’étoiles – connus sous le nom de nuages interstellaires.
In the local parts of our galaxy alone there’s a complex of roughly 15 individual interstellar clouds. The Solar System is currently traversing one of them, aptly named the Local Interstellar Cloud. The origin and history of these clouds are believed to be tightly connected to the birth and death of stars. But we can see their imprints right here on Earth, in a place you might not expect – Antarctic ice.
Seule la partie locale de notre galaxie contient un complexe d’environ 15 nuages interstellaires individuels. Le Système solaire traverse actuellement l’un d’eux, nommé à juste titre le Nuage Interstellaire Local. L’origine et l’histoire de ces nuages sont considérées comme étroitement liées à la naissance et à la mort des étoiles. Mais nous pouvons voir leurs empreintes ici même sur Terre, dans un endroit auquel on ne s’attendrait pas – la glace antarctique.
My colleagues and I have been studying stardust trapped in old Antarctic snow and ice to trace the history of our solar neighbourhood, including the Solar System itself.
Mes collègues et moi avons étudié la poussière d’étoiles piégée dans la vieille neige et la glace antarctiques pour retracer l’histoire de notre voisinage solaire, y compris le Système solaire lui-même.
In a new study published in Physical Review Letters, we found a subtle clue that reveals our Solar System’s movement through the local interstellar environment over the past 80,000 years.
Dans une nouvelle étude publiée dans Physical Review Letters, nous avons trouvé un indice subtil qui révèle le mouvement de notre Système solaire à travers l’environnement interstellaire local au cours des 80 000 dernières années.
Looking down to see the sky
Regarder vers le bas pour voir le ciel
Astronomy usually looks outward. Telescopes collect light from distant stars and galaxies, allowing us to observe events across vast stretches of space and time. From these observations, we infer how stars live and die, how elements are formed, and how the universe evolves.
L’astronomie regarde généralement vers l’extérieur. Les télescopes collectent la lumière des étoiles et des galaxies lointaines, nous permettant d’observer des événements sur de vastes étendues d’espace et de temps. À partir de ces observations, nous inférons comment les étoiles vivent et meurent, comment les éléments se forment et comment l’univers évolue.
Our approach turns that idea on its head.
Notre approche renverse cette idée.
Instead of observing the light coming to us, we study the debris of exploding stars right here on Earth. As cosmic furnaces, stars forge many elements in their cores, from carbon and oxygen to calcium and iron. This includes rare isotopes (variants of chemical elements) such as iron-60.
Au lieu d’observer la lumière qui nous parvient, nous étudions les débris des étoiles qui explosent ici même sur Terre. En tant que fours cosmiques, les étoiles forgent de nombreux éléments dans leurs noyaux, du carbone et de l’oxygène au calcium et au fer. Cela inclut des isotopes rares (variantes des éléments chimiques) tels que le fer-60.
When massive stars explode into supernovae at the end of their life, these elements are ejected into space and become interstellar dust.
Lorsque les étoiles massives explosent en supernovae à la fin de leur vie, ces éléments sont éjectés dans l’espace et deviennent de la poussière interstellaire.
Tiny grains of this dust then drift through the galaxy and occasionally find their way to Earth’s surface. Radioactive iron-60, a fingerprint of stellar explosions, is embedded within these grains. By searching for these atoms in geological archives on Earth, we can probe astrophysical events like supernovae long after their light has faded.
De minuscules grains de cette poussière dérivent ensuite à travers la galaxie et trouvent occasionnellement leur chemin jusqu’à la surface de la Terre. Le fer-60 radioactif, une empreinte des explosions stellaires, est incorporé dans ces grains. En recherchant ces atomes dans les archives géologiques sur Terre, nous pouvons sonder les événements astrophysiques comme les supernovae bien après que leur lumière ait pâli.
This is why Antarctica is so valuable. Its snow accumulates slowly and remains largely undisturbed, forming a layered record that stretches back tens of thousands of years. Each layer captures a snapshot of the material that was present in our cosmic neighbourhood at the time.
C’est pourquoi l’Antarctique est si précieux. Sa neige s’accumule lentement et reste largement intacte, formant un enregistrement stratifié qui remonte à des dizaines de milliers d’années. Chaque couche capture une photographie du matériel qui était présent dans notre voisinage cosmique à cette époque.
Finding stardust in Antarctic ice
Trouver de la poussière d’étoiles dans la glace antarctique
When we studied 500kg of recent snow in Antarctica, we unexpectedly found this rare radioactive isotope. Where did it come from? There was no recent near-Earth supernova.
Lorsque nous avons étudié 500 kg de neige récente en Antarctique, nous avons découvert cet isotope radioactif rare. D’où venait-il? Il n’y avait pas de supernova récente près de la Terre.
But our solar neighbourhood is filled with 15 clouds, with the Solar System currently traversing at least one of them. Is the stardust waiting in the clouds to be picked up by Earth? If yes, then the amount of stardust Earth collects should be related to their structure: the denser the clouds, the more iron-60 they contain. This was our educated guess in 2019.
Mais notre voisinage solaire est rempli de 15 nuages, le Système Solaire traversant actuellement au moins l’un d’eux. La poussière d’étoiles attend-t-elle dans les nuages pour être recueillie par la Terre? Si oui, alors la quantité de poussière d’étoiles que la Terre collecte devrait être liée à leur structure: plus les nuages sont denses, plus ils contiennent de fer-60. C’était notre supposition éclairée en 2019.
Soon, other explanations were brought forward. Millions of years ago Earth received large showers of iron-60 from massive supernovae. Is the iron-60 in Antarctic snow the last remnant or an echo of this signal? A rain that became a drizzle?
Bientôt, d’autres explications ont été avancées. Il y a des millions d’années, la Terre a reçu de grandes pluies de fer-60 provenant de supernovae massives. Le fer-60 dans la neige antarctique est-il le dernier vestige ou un écho de ce signal? Une pluie qui est devenue une bruine?
To find out, we analysed a 300kg section of Antarctic ice, dating from 40,000 to 80,000 years ago. The process is painstaking. The ice needs to be melted and chemically treated to isolate tiny amounts of iron, including the iron-60 from the stardust.
Pour le découvrir, nous avons analysé une section de glace antarctique de 300 kg, datant de 40 000 à 80 000 ans. Le processus est minutieux. La glace doit être fondue et chimiquement traitée pour isoler de petites quantités de fer, y compris le fer-60 provenant de la poussière d’étoiles.
Then, using the sensitive atom counting technique of accelerator mass spectrometry at the Heavy-Ion Accelerator Facility at Australian National University, we counted individual atoms of iron-60.
Ensuite, en utilisant la technique sensible de comptage d’atomes par spectrométrie de masse d’accélérateur à la facilité au Centre d’accélérateur d’ions lourds de l’Université nationale australienne, nous avons compté les atomes individuels de fer-60.
The expectation was straightforward: based on previous measurements from surface snow of Antarctica and several thousand-year-old ocean sediments, we anticipated a certain steady level of iron-60 deposition.
L’attente était simple: sur la base des mesures précédentes de la neige de surface de l’Antarctique et des sédiments océaniques vieux de plusieurs milliers d’années, nous anticipions un certain niveau stable de dépôt de fer-60.
Instead, we found less. Not zero, but noticeably lower than expected.
Au lieu de cela, nous avons trouvé moins. Pas zéro, mais nettement moins que prévu.
This result suggests that less interstellar dust was reaching Earth during that period. This is a remarkable change on a comparatively short astrophysical timescale and does not fit the long timescales of the iron-60 deposits that landed here millions of years ago. Instead, we needed to look for a smaller, more local source for the isotope.
Ce résultat suggère que moins de poussière interstellaire atteignait la Terre pendant cette période. C’est un changement remarquable sur une échelle astrophysique comparativement courte et ne correspond pas aux longues échelles de temps des dépôts de fer-60 qui sont arrivés ici il y a des millions d’années. Au lieu de cela, nous avons dû chercher une source plus petite, plus locale pour l’isotope.
A fitting story
Une histoire appropriée
Naturally, astronomers are also quite interested in the clouds around the Solar System. Last year, a study reconstructing the history of the clouds arrived at the conclusion that they most likely originated in a stellar explosion. Furthermore, they found the Solar System has been traversing the Local Interstellar Cloud from sometime between 40,000 and 124,000 years ago.
Naturellement, les astronomes sont également très intéressés par les nuages autour du Système solaire. L’année dernière, une étude reconstruisant l’histoire des nuages est arrivée à la conclusion qu’ils sont très probablement originés d’une explosion stellaire. De plus, ils ont découvert que le Système solaire a traversé le Nuage Interstellaire Local depuis quelque part entre 40 000 et 124 000 ans.
If that’s correct, we would expect that the amount of iron-60 collected on Earth should have changed sometime in the same time period – between 40,000 and 124,000 years ago.
Si c’est exact, nous nous attendrions à ce que la quantité de fer-60 collectée sur Terre ait changé quelque temps dans la même période – entre 40 000 et 124 000 ans.
This is exactly what our results showed in Antarctica.
C’est exactement ce que nos résultats ont montré en Antarctique.
The story doesn’t fit perfectly, though. If these clouds did originate directly from an exploding star, we would expect way more iron-60 than we actually see in Antarctic ice.
L’histoire ne correspond pas parfaitement, cependant. Si ces nuages avaient pris naissance directement d’une étoile en explosion, nous nous attendrions à beaucoup plus de fer-60 que ce que nous voyons réellement dans la glace antarctique.
Nevertheless, these clouds are imprinted in Earth’s geological record. If we look deeper and analyse even older ice, we might soon unravel the mystery of these local interstellar clouds, revealing their full history and uncertain origins.
Néanmoins, ces nuages sont imprimés dans le registre géologique de la Terre. Si nous regardons plus profondément et analysons même des glaces plus anciennes, nous pourrions bientôt démêler le mystère de ces nuages interstellaires locaux, révélant leur histoire complète et leurs origines incertaines.
Dominik Koll receives funding from the Australian Institute of Nuclear Science and Engineering (AINSE) .
Dominik Koll reçoit un financement de l’Australian Institute of Nuclear Science and Engineering (AINSE) .
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