Spectroscopie vibrationnelle à la nano-échelle en STEM : étude des effets d’altération spatiale sur la signature IR de l’astéroïde Ryugu

Abstract

Le récent développement de microscopes électroniques monochromatés dédiés à la spectroscopie EELS à haute résolution met sur le devant de la scène la possibilité d’atteindre la gamme spectrale de l’infrarouge moyen avec, au mieux, une résolution spectrale de 40 cm-1 [1]. Cette technique ouvre une porte vers des comparaisons avec des études IR à plus large échelle. En parallèle, la mission spatiale Hayabusa2 de la JAXA a ramené, fin 2020, 5,4 g de la surface de l’astéroïde carboné Ryugu. Une partie de ces grains présentent une surface modifiée par des effets d’altération spatiale [2]. Ce phénomène est principalement dû à l’irradiation par vent solaire et aux bombardements micro-météoritiques sur la surface d’objets dépourvus d’atmosphère. L’étude de ces échantillons permet donc de mieux comprendre comment un astéroïde de type-C évolue lorsqu’il est exposé à ces sollicitations externes. Les surfaces modifiées par ces phénomènes d’altération spatiale ont été identifiées au MEB et des lames minces y ont été prélevées (FIB). La minéralogie de Ryugu est principalement constituée de phyllosilicates (silicates hydratés). Les phénomènes d’altération spatiale entraînent leur amorphisation ainsi que la formation de couches vésiculées (jusqu’à ~3 μm d’épaisseur). Nos résultats montrent qu’il est possible d’isoler les signatures spectrales IR de ces couches fondues de celles de la matrice hydratée. En particulier, nous mettons en évidence la perte des modes vibrationnels d’H2O et d’-OH dans ces couches fondues. Cela pourrait expliquer pourquoi la bande à 2.7 μm, correspondant aux groupements hydroxyles, est deux fois moins intense dans les données de NIRS3 que dans celles des échantillons collectés [3]. Nous observons également la perte des modes liés à la matière organique dans les couches fondues, en adéquation avec les donées EDS. Nous démontrons donc que l’altération spatiale peut significativement modifier les signatures IR d’astéroïdes de type-C hydratés, pouvant entraîner une sous-estimation de leur teneur en eau et en carbone lors de leur analyse à distance (ie. James Webb Space Telescope).