Les géologues le savent, mais peu le disent : le fer 60 caché au fond des océans viendrait d’une étoile qui a changé la façon dont nos ancêtres se tenaient

Un fragment d’étoile morte repose dans la glace antarctique depuis des dizaines de milliers d’années. Ce même type de poussière cosmique aurait, il y a 2,6 millions d’années, changé la trajectoire de l’évolution humaine. Une nouvelle étude publiée dans Physical Review Letters relance ce fil ténu entre physique nucléaire et paléoanthropologie, entre une étoile défunte et nos ancêtres devenus bipèdes.

Un isotope fantôme dort dans les sédiments marins depuis des millions d’années

Le fer 60 n’a rien d’un élément ordinaire. Cet isotope radioactif ne se forme pas dans les processus géologiques terrestres classiques. Il naît dans les fournaises stellaires, au moment où une étoile massive explose en supernova et disperse dans l’espace les éléments lourds qu’elle a fabriqués tout au long de sa vie.

Sa demi-vie atteint 2,6 millions d’années. Concrètement, cela signifie que tout le fer 60 présent lors de la formation de notre planète, il y a 4,5 milliards d’années, s’est désintégré depuis une éternité à l’échelle cosmique. Si l’on en retrouve aujourd’hui dans les sols ou les océans, il ne peut provenir que d’un apport extérieur, récent à l’échelle géologique.

C’est précisément ce qu’a confirmé une équipe dirigée par Dominik Koll, de l’Institut de physique des faisceaux d’ions du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, en Allemagne. Leur étude, parue en mai dans Physical Review Letters sous le titre évocateur de « structure du nuage interstellaire local imprimée dans la glace antarctique par le fer 60 de supernova », a passé au crible des carottes de glace vieilles de 40 000 à 81 000 ans.

Le résultat est sans appel : du fer 60 s’y trouve bel et bien, preuve que la Terre reçoit en continu une pluie discrète de poussière née d’explosions stellaires. Mieux encore, en comparant ces mesures avec les données tirées de la neige récente et des sédiments marins, les chercheurs ont constaté que la quantité de fer 60 qui atteignait notre planète à cette époque était inférieure à celle d’aujourd’hui. Un indice qui suggère que l’environnement interstellaire traversé par le Système solaire n’a pas toujours été le même, avec des zones plus ou moins riches en poussière stellaire.

Quand une supernova proche a bombardé la Terre de rayons cosmiques

Remontons plus loin dans le temps, à une période où le fer 60 raconte une tout autre histoire. Un communiqué de l’université du Kansas, datant de 2019, a mis en lumière le rôle d’une ou plusieurs supernovae survenues à une distance relativement proche de la Terre, de l’ordre de 163 années-lumière.

À cette distance, l’explosion stellaire n’était pas anodine. Selon les calculs de l’astrophysicien Adrian Melott, l’ionisation de la basse atmosphère terrestre aurait été multipliée par un facteur 50. Pour saisir l’ampleur du phénomène, il faut imaginer l’atmosphère comme une couche normalement peu conductrice, qui se retrouve soudain saturée d’électrons libres arrachés aux molécules d’air par les rayons cosmiques venus de l’espace.

Cette avalanche d’électrons n’est pas restée sans conséquence. Une atmosphère plus ionisée devient, de fait, un milieu plus propice à la circulation de courants électriques. Or, c’est exactement ce que suppose le mécanisme imaginé par les chercheurs pour expliquer ce qui s’est produit ensuite à la surface de notre planète.

Des forêts calcinées aux savanes : le scénario de Melott et Thomas

C’est ici que l’histoire prend une tournure particulièrement intéressante pour qui s’intéresse à nos origines. Selon Melott et Brian Thomas, de l’université Washburn, cette surabondance d’électrons dans la basse atmosphère aurait considérablement multiplié les trajets disponibles pour la foudre. Plus d’électrons libres, c’est mathématiquement plus de chemins possibles pour un éclair nuage-sol.

Or, qui dit multiplication des éclairs dit, presque mécaniquement, multiplication des départs de feu. Les deux chercheurs, dans une publication parue dans le Journal of Geology en 2019, défendent l’idée que ces rayons cosmiques issus de la supernova auraient ainsi déclenché une recrudescence d’incendies à l’échelle de vastes régions du globe.

Melott ne s’appuie pas uniquement sur des calculs théoriques pour étayer cette hypothèse. Il invoque un indice tangible, inscrit dans les archives géologiques elles-mêmes. « L’observation est qu’il y a beaucoup plus de charbon de bois et de suie dans le monde à partir d’il y a quelques millions d’années », explique-t-il. Cette accumulation de résidus de combustion, retrouvée dans des sédiments datant de la même période que le pic de fer 60, viendrait corroborer le scénario d’une planète soudainement plus inflammable.

Le raisonnement de Melott et Thomas va plus loin encore. Des incendies plus fréquents et plus étendus auraient progressivement grignoté les grandes étendues forestières qui couvraient alors certaines régions d’Afrique de l’Est, berceau de nos lointains ancêtres. À la place de ces forêts denses, des savanes plus ouvertes, ponctuées d’arbres épars, auraient gagné du terrain.

Se tenir debout : l’héritage inattendu d’une étoile morte

C’est là que le lien avec la bipédie entre en scène, et c’est précisément ce point qui rend cette théorie aussi fascinante que fragile. Dans un paysage de savane, se déplacer debout sur deux jambes présenterait un avantage évolutif net par rapport à la marche à quatre pattes typique des grands singes vivant en milieu forestier. Voir plus loin pour repérer les prédateurs, économiser son énergie sur de longues distances, libérer les mains pour transporter de la nourriture : autant d’atouts qui prennent tout leur sens lorsque les arbres se raréfient.

Le scénario a de quoi séduire. Une étoile explose à des années-lumière de distance, son rayonnement transforme l’atmosphère terrestre, la foudre se multiplie, les forêts brûlent, et nos ancêtres se redressent pour survivre dans ce nouveau décor. Tout s’enchaîne presque trop bien.

C’est justement cet enchaînement trop parfait qui pose problème aux paléoanthropologues. Ashley Hammond, du Muséum américain d’histoire naturelle, rappelle une donnée que la théorie de Melott et Thomas peine à intégrer : la bipédie était déjà solidement établie chez nos ancêtres il y a 2,6 millions d’années, et ses racines remontent bien plus loin, jusqu’à environ 4,4 millions d’années. Autrement dit, nos ancêtres marchaient déjà debout bien avant que cette supernova n’explose.

Il faudrait donc, au mieux, imaginer que les rayons cosmiques de cette supernova aient renforcé ou accéléré un processus déjà bien amorcé, plutôt que de l’avoir véritablement initié. La nuance est importante, mais elle n’invalide pas totalement l’hypothèse : une pression environnementale supplémentaire a pu favoriser les populations déjà partiellement bipèdes, sans en être l’unique origine.

L’affaire ne s’arrête d’ailleurs pas à cette seule supernova. Une étude parue en janvier dans The Astrophysical Journal Letters, menée par Caitlyn Nojiri de l’université de Californie, a tenté de quantifier précisément l’exposition de la Terre aux rayons cosmiques issus de cet événement vieux de 2,5 millions d’années. En combinant les propriétés physiques de la Bulle locale, cette vaste cavité creusée dans le milieu interstellaire, avec les détections de fer 60 dans les sédiments marins profonds, l’équipe a conclu que la dose reçue aurait pu avoir un effet mutagène non négligeable sur les organismes vivants.

Les travaux de Nojiri situent par ailleurs notre planète dans un vide d’environ 300 parsecs, une zone relativement pauvre en matière creusée au fil du temps par les explosions successives de plusieurs supernovae voisines. Le pic de fer 60 observé pour la période de 2 à 3 millions d’années proviendrait probablement d’une étoile ayant explosé au sein de l’association stellaire Upper Centaurus Lupus, à environ 140 parsecs, ou bien dans Tucana Horologium, plus proche encore avec ses 70 parsecs environ.

Ces précisions montrent à quel point notre coin de galaxie a été, et reste, un voisinage stellaire mouvementé. Loin d’être un simple décor figé, l’espace autour du Système solaire a connu plusieurs explosions cataclysmiques dont les retombées, littéralement, continuent de se déposer sous forme d’atomes radioactifs au fond de nos océans et dans nos glaces polaires.

Entre la prudence scientifique affichée par les paléoanthropologues et l’enthousiasme des astrophysiciens pour ce récit cosmique, la vérité se situe probablement quelque part au milieu. Nos ancêtres n’ont sans doute pas attendu l’explosion d’une étoile lointaine pour commencer à se redresser. Mais il n’est pas interdit de penser qu’une pluie de rayons cosmiques, venue d’un astre mort depuis longtemps, ait discrètement pesé dans la balance d’une histoire évolutive qui, aujourd’hui encore, continue de s’écrire sous nos pieds, dans le silence des carottes de glace et des sédiments marins.