Bien qu’il s’agisse d’événements catastrophiques qui font fondre des parties du substratum rocheux de la Terre et créent d’énormes cratères, les preuves directes d’impacts passés d’astéroïdes peuvent être plus subtiles que prévu.
Le professeur Langenhorst explique : « Les cratères sont souvent difficiles à détecter sur Terre car l’érosion, les intempéries et la tectonique des plaques les font disparaître sur des millions d’années.
Au lieu de cela, les chercheurs recherchent des signes de la force générée par un impact, tels que préservés par les changements diagnostiques de certains minéraux spéciaux dans les archives rocheuses.
Par exemple, le sable de quartz – qui n’est essentiellement que du dioxyde de silicium – est progressivement transformé en verre par des événements d’impact, les grains du minéral étant entrecroisés par des structures en couches microscopiques distinctives appelées «lamelles».
Le Dr Liermann a déclaré: “Depuis plus de 60 ans, ces structures lamellaires ont servi d’indicateur d’un impact d’astéroïde,
“Mais personne ne savait jusqu’à présent comment cette structure s’était formée en premier lieu. Nous avons maintenant résolu ce mystère vieux de plusieurs décennies.
La clé de la simulation d’un impact était la génération de pressions extraordinaires – des intensités que vous pourriez normalement voir à l’intérieur de la Terre.
Ceci est réalisé dans un environnement de laboratoire en comprimant un échantillon de matériau entre deux diamants dans un équipement connu sous le nom de cellule à enclume de diamant.
Dans leur étude, les chercheurs ont utilisé une cellule dite à enclume dynamique en diamant, qui est capable non seulement de créer des pressions extrêmes mais aussi de les changer très rapidement.
L’équipe a comprimé de minuscules morceaux de quartz monocristallins dans cette presse et a surveillé comment la pression affectait la structure des cristaux en brillant dans la lumière intense des rayons X du synchrotron PETRA III à Hambourg, en Allemagne.
Un synchrotron est un type d’accélérateur de particules cyclique dans lequel un faisceau de particules accélérant se déplace autour d’un chemin en boucle.
Comme son nom l’indique, le champ magnétique qui est utilisé pour maintenir le faisceau sur sa trajectoire circulaire est synchronisé avec l’énergie cinétique des particules, de sorte qu’il augmente également avec le temps.
Le Dr Liermann a déclaré: “L’astuce consiste à laisser l’impact d’astéroïde simulé se dérouler suffisamment lentement pour pouvoir le suivre avec la lumière aux rayons X, mais pas trop lentement – afin que les effets typiques d’un impact d’astéroïde puissent toujours se produire.”
Les expériences menées au cours de quelques secondes, l’équipe a découvert, se sont avérées être la durée idéale.
Le co-auteur de l’article et minéralogiste Christoph Otzen a déclaré : “Nous avons observé qu’à une pression d’environ 180 000 atmosphères, la structure de quartz s’est soudainement transformée en une structure de transition plus compacte, que nous appelons” de type rosiaite “.”
La rosiaite est un minéral oxydique composé d’antimoine, de plomb et d’oxygène qui donne son nom à la structure cristalline qu’elle – et d’autres matériaux – adopte.
M. Otzen a poursuivi : « Dans cette structure cristalline, le quartz rétrécit d’un tiers de son volume. Les lamelles caractéristiques se forment exactement là où le quartz se transforme en cette phase dite métastable, que personne n’a pu identifier dans le quartz avant nous.
“Plus la pression augmente, plus le rapport de silice avec une structure de type rosiaite dans l’échantillon est important. Mais lorsque la pression chute à nouveau, les lamelles de type rosiaite ne se transforment pas en structure de quartz d’origine, mais s’effondrent en lamelles de verre à structure désordonnée.
“Nous voyons également ces lamelles dans les grains de quartz provenant de dépôts d’impacts d’astéroïdes.”
L’étude de la quantité et de l’orientation des lamelles de quartz, explique l’équipe, permet aux géologues de tirer des conclusions sur la nature de l’impact – par exemple, quel type de pression la collision a réussi à atteindre.
Le professeur Langenhorst a déclaré : « Pendant des décennies, de telles lamelles ont été utilisées pour détecter et analyser les impacts d’astéroïdes. Mais ce n’est que maintenant que nous pouvons expliquer et comprendre avec précision leur formation.
Lorsque la source de rayonnement PETRA III sera mise à niveau vers PETRA IV, qui devrait être le meilleur microscope à rayons X au monde, les chercheurs disposeront d’un outil analytique encore plus puissant.
Le Dr Liermann a déclaré: “Une intensité de rayons X 200 fois plus élevée nous permettra d’exécuter ces expériences 200 fois plus rapidement, afin que nous puissions simuler un impact d’astéroïde de manière encore plus réaliste.”
Les résultats, ont ajouté les chercheurs, pourraient avoir des applications au-delà de l’étude des impacts d’astéroïdes. Le professeur Langenhorst a expliqué : « Ce que nous avons observé pourrait être une étude modèle pour la formation de verre dans des matériaux complètement différents, comme la glace.
«Ce pourrait être le chemin générique par lequel une structure cristalline se transforme en une phase métastable dans une étape intermédiaire lors d’une compression rapide, qui se transforme ensuite en une structure de verre désordonnée.
“Nous prévoyons d’approfondir cette question, car cela pourrait être d’une grande importance pour la recherche sur les matériaux.”