Une étude, dont les résultats intitulés «Oxygen isotopes in the early protoplanetary disk inferred from pyroxene in a classical type B CAI» sont publiés dans la revue Earth and Planetary Science Letters, a permis de montrer, grâce à l’analyse de la composition isotopique de l’oxygène contenu dans des inclusions réfractaires riches en calcium et aluminium de météorites primitives, que, contrairement au modèle en vigueur, le disque protoplanétaire avait initialement la composition isotopique du Soleil et que le réservoir d'oxygène planétaire était probablement localisé en surface du disque plutôt que vers l'extérieur.

Rappelons tout d'abord que l'oxygène, qui «est l'élément le plus abondant dans notre système solaire après l'hydrogène et l'hélium», représente «près de 60% des atomes du manteau et de la croûte terrestre» (il «est même l'élément le plus abondant dans les roches»).

Comme l'oxygène «possède trois isotopes de masse 16 (le plus abondant), 17 et 18», du fait que «la conception classique de la formation du système solaire» considère que «le Soleil et les planètes se sont formés à partir d'un même réservoir de poussière et de gaz», on s'attend «à ce que le Soleil et les matériaux planétaires qui gravitent autour possèdent la même composition isotopique de O».

Cependant, «il est maintenant bien établi que la Terre et les matériaux planétaires rocheux, d'une part, et le Soleil, d'autre part, possèdent une différence de composition isotopique d'oxygène, qui correspond à un excès d'environ 6% d'oxygène-16 (¹⁶O) dans le Soleil (ou un déficit dans les planètes)». Si «plusieurs catégories de modèles ont été proposées» pour expliquer cette différence, aucun ne donne pleinement satisfaction.

Dans ce contexte, «le modèle le plus en vogue depuis 10 ans est un fractionnement isotopique de l’oxygène lors de la photo-dissociation du monoxyde de carbone (CO) par le rayonnement UV», qui «conduit à un excès de ¹⁶O dans le CO et un déficit dans l'oxygène atomique, lequel est ensuite transmis aux matériaux rocheux via la molécule d'eau».

Pour ce qui est des «inclusions réfractaires riches en calcium et aluminium (CAI) des météorites primitives», elles «possèdent toute la gamme de composition isotopique d'oxygène entre celle du Soleil et celle de la Terre». Jusqu'ici, «les études précédentes ont toujours conclu à une évolution progressive depuis la composition solaire vers la composition planétaire lors de la formation des CAI (i.e. un appauvrissement en ¹⁶O) et ce bien que la composition isotopique du pyroxène, le dernier minéral cristallisé dans les CAI et qui est riche en ¹⁶O, nécessite des explications ad-hoc».

Pour sa part, l'étude ici présentée, basée «sur le couplage entre la mesure de la composition isotopique de l'oxygène et une étude pétrographique de détail de la cristallisation du pyroxène montre que le pyroxène s'est enrichi en ¹⁶O lors de sa cristallisation dans un magma contrairement à toutes les suppositions faites jusqu'à présent», ce qui «implique que le liquide magmatique à partir duquel le pyroxène a cristallisé ait initialement eu une composition isotopique planétaire et qu'il se soit équilibré très rapidement avec un gaz de composition solaire pendant la cristallisation du pyroxène».

Il en découle que les deux réservoirs solaire et planétaire ont «co-existé très tôt dans le système solaire», les CAI ayant «refroidi et fini de cristalliser dans un réservoir solaire plutôt que planétaire». Cette conclusion amène à «rejeter la plupart des modèles d'évolution isotopique basés sur la photodissociation du CO dans lesquels les CAI terminent systématiquement leur formation dans un réservoir planétaire pauvre en ¹⁶O».

Si les résultats de ce travail «ne permettent pas de déterminer quel est le mécanisme astrophysique à l'origine de la dichotomie isotopique Terre-Soleil», ils suggèrent tout de même «une zonation isotopique verticale en fonction de l'altitude plutôt qu'horizontale en fonction de la distance à l'étoile dans le disque protoplanétaire jeune», car elle pourrait «expliquer pourquoi certaines CAI sont restées riches en ¹⁶O et homogènes alors que d'autres ont acquis la composition planétaire avant de revenir à une composition solaire».