Visualisation des états du domaine magnétique à l'échelle nanométrique dans l'astéroïde Ryugu

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14096 (2023) Citer cet article

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Dans les échantillons collectés sur l'astéroïde Ryugu, la magnétite présente une magnétisation rémanente naturelle due au champ magnétique nébulaire, alors que le sulfure de fer cultivé simultanément ne présente pas une magnétisation rémanente stable. Pour clarifier cette caractéristique contre-intuitive, nous avons observé leurs structures de domaines magnétiques à l'échelle nanométrique en utilisant l'holographie électronique et avons découvert que les magnétites framboidales ont un champ magnétique externe de 300 A m−1, similaire à la valeur globale, et que sa stabilité magnétique a été améliorée par les interactions avec les magnétites voisines. , permettant d'enregistrer un champ magnétique de disque. La pyrrhotite de taille micrométrique présentait une structure magnétique multidomaine incapable de conserver l'aimantation rémanente naturelle pendant une longue période en raison du court temps de relaxation du mouvement des parois du domaine magnétique, alors que les sulfures de taille submicronique formaient une phase non magnétique. Ces résultats montrent que la magnétite et le sulfure pourraient s'être formés simultanément lors de l'altération aqueuse du corps parent de l'astéroïde Ryugu.

Les roches acquièrent une magnétisation rémanente qui reflète les environnements qu’elles ont vécus, et elles peuvent conserver cette magnétisation tout au long de l’âge du système solaire1. Par conséquent, en étudiant l'aimantation rémanente de matériaux extraterrestres tels que les météorites, les taux d'accrétion de masse au moment de la formation du système solaire ont été déterminés à partir du champ magnétique nébulaire2, et les températures maximales subies par divers minéraux ont été estimées à partir des températures de relaxation de leurs structures de domaine magnétique métastable (transdomaine)3. Dans les études de magnétisation rémanente, les vecteurs de rémanence d'échantillons de roches entiers sont mesurés par démagnétisation étape par étape, et les porteurs de rémanence des segments de démagnétisation sont interprétés sur la base des propriétés magnétiques macroscopiques des minéraux magnétiques. Cependant, le lien entre les propriétés magnétiques macroscopiques et les minuscules particules minérales magnétiques est ambigu, et l'observation directe de la morphologie et de la structure du domaine magnétique des minéraux magnétiques est clairement nécessaire pour obtenir une interprétation précise de l'enregistrement de rémanence et fournir un aperçu de l'environnement nébulaire. à l'époque et au lieu où chaque minéral s'est formé.

Dans les analyses de météorites, en fonction de la période entre le moment où la météorite est tombée sur la Terre et le moment où l'analyse est effectuée, il devient plus difficile d'identifier l'aimantation rémanente naturelle d'origine en raison de l'aimantation rémanente visqueuse provoquée par la Terre. champ magnétique et altérations minérales causées par l’altération terrestre de l’échantillon. Par conséquent, il est parfois difficile de déterminer si les minéraux magnétiques ont conservé leur structure de domaine magnétique d’origine ou si la composante principale de l’aimantation rémanente de la météorite a été acquise dans le corps d’origine.

En revanche, les échantillons collectés sur l'astéroïde géocroiseur de type C (162173) Ryugu par l'expédition Hayabusa2 et ramenés sur Terre en décembre 2020 ont une histoire claire et n'ont été exposés au champ magnétique et à l'atmosphère terrestre que pendant une période prolongée. court instant. Des détails sur l'origine des échantillons, tels que l'endroit et la manière dont ils ont été collectés à la surface de Ryugu, sont également connus, ainsi que leur historique de température (< 65 °C ; inférieure à la température diurne de la surface de l'astéroïde) après la collecte. clair4,5.

Les échantillons de l'astéroïde Ryugu correspondent à des chondrites carbonées de type Ivuna (météorite primitive)6,7,8,9,10. On pourrait s’attendre à ce que les minéraux magnétiques tels que la magnétite, les sulfures, le fer métallique ou les alliages fer-nickel présents dans les chondrites carbonées présentent une magnétisation rémanente naturelle. En fait, des mesures systématiques de l'aimantation rémanente globale des échantillons de Ryugu ont montré que les minéraux ferromagnétiques présents sont des particules de magnétite à grains fins dont la taille est comprise entre le submicron et le micron, et des particules de pyrrhotite dont la taille est comprise entre le submicron et plusieurs centaines de microns. , et des particules de magnétite à gros grains de taille micronique ou plus, par ordre décroissant de leur contribution à l'aimantation rémanente11.