Ons zonnestelsel had vroeger een scheiding in zijn protoplanetaire schijf
In het jonge zonnestelsel draaide een protoplanetaire schijf van stof en gas rond de Zon. Uit deze schijf ontstonden uiteindelijk de planeten die we vandaag de dag kennen.
Een nieuwe analyse van oude meteorieten door wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology en anderen suggereert dat er ongeveer 4,567 miljard jaar geleden een mysterieuze kloof bestond in deze schijf. Die kloof bevond zich vlakbij waar zich nu de asteroïdengordel bevindt.
De resultaten van het team, gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances, leveren direct bewijs voor deze kloof.
In het afgelopen decennium hebben waarnemingen aangetoond dat holtes, gaten en ringen veel voorkomen in schijven rond andere jonge sterren. Dit zijn, volgens de onderzoekers van het MIT, belangrijke maar slecht begrepen handtekeningen van de fysieke processen waarmee gas en stof transformeren in een jonge ster en planeten.
Evenzo blijft de oorzaak van zo’n gat in ons eigen zonnestelsel een raadsel. Een mogelijkheid is dat Jupiter van invloed is geweest. Toen de gasreus vorm kreeg had zijn immense zwaartekracht gas en stof naar de buitenwijken kunnen duwen waardoor er een opening in de zich ontwikkelende schijf ontstond.
Een andere verklaring kan te maken hebben met de winden die uit het oppervlak van de schijf komen. Vroege planetaire systemen worden bestuurd door sterke magnetische velden. Wanneer deze velden interageren met een draaiende schijf van gas en stof kunnen ze winden produceren die krachtig genoeg zijn om materiaal naar buiten te blazen waardoor er een opening in de schijf achterblijft.
Ongeacht de oorsprong, een gat in het vroege zonnestelsel diende waarschijnlijk als een kosmische grens waardoor materiaal aan weerszijden ervan geen interactie aanging. Deze fysieke scheiding zou de samenstelling van de planeten van het zonnestelsel kunnen hebben bepaald. Aan de binnenkant van de kloof bijvoorbeeld versmolten gas en stof samen tot aardse planeten terwijl gas en stof aan de andere kant van de kloof verwerden tot de gasplaneten die we daar tegenwoordig aantreffen.
Het is vrij moeilijk om deze kloof te overbruggen en een planeet zou veel extern koppel en momentum nodig hebben. Dit levert dus, volgens de onderzoekers, bewijs dat de vorming van onze planeten beperkt werd tot specifieke regio’s in het jonge zonnestelsel.
Een scheiding in de ruimte
In het afgelopen decennium hebben wetenschappers een merkwaardige splitsing waargenomen in de samenstelling van meteorieten die hun weg naar de Aarde hebben gevonden. Deze stenen uit de ruimte werden oorspronkelijk gevormd op verschillende tijdstippen en locaties toen het zonnestelsel vorm begon te krijgen. Degenen die zijn geanalyseerd vertonen een van twee isotopencombinaties. Zelden is gevonden dat meteorieten beide isotopencombinaties hebben. Dit raadsel wordt onder wetenschappers de “isotopische dichotomie” genoemd.
Wetenschappers hebben gesuggereerd dat deze tweedeling het resultaat kan zijn van een gat in de schijf van het vroege zonnestelsel maar een dergelijk gat is niet direct bevestigd.
De onderzoeksgroep van het MIT analyseert meteorieten op tekenen van oude magnetische velden. Naarmate een jong planetair systeem vorm krijgt draagt het een magnetisch veld met zich mee waarvan sterkte en richting kunnen veranderen afhankelijk van verschillende processen binnen de evoluerende schijf. Terwijl oud stof zich verzameld in korrels die bekend staan als chondrulen werden elektronen in die chondrulen uitgelijnd met het magnetische veld waarin ze zich vormden.
Chondrulen kunnen kleiner zijn dan de diameter van het menselijke haar en worden tegenwoordig in meteorieten gevonden. De groep van het MIT is gespecialiseerd in het meten van chondrulen om de oude magnetische velden te identificeren waarin ze oorspronkelijk zijn ontstaan.
Tijdens eerder onderzoek analyseerde de onderzoeksgroep monsters van een van de twee isotopische groepen meteorieten, bekend als de niet-koolstofhoudende meteorieten. Men denkt dat deze rotsen hun oorsprong hebben in een reservoir of gebied van het jonge zonnestelsel relatief dicht bij de Zon. De onderzoekers identificeerde eerder het oude magnetische veld in monsters uit dit gebied.
Een meteorieten mismatch
In hun nieuwe onderzoek vroegen de onderzoekers zich af of het magnetische veld hetzelfde zou zijn in de twee isotopische “koolstofhoudende” groep meteorieten waarvan wordt aangenomen dat ze, afgaande op hun isotopensamenstelling, verder in het zonnestelsel zijn ontstaan.
Ze analyseerden chondrulen, elk met een afmeting van ongeveer 100 micron, van twee koolstofhoudende meteorieten die werden gevonden op Antarctica. Met behulp van SQUID, een speciale microscoop, bepaalden de onderzoekers het originele, oude magnetische veld van elke chondrule.
Verassend genoeg ontdekten ze dat hun veldsterkte kleiner was dan die van de dichterbij gelegen niet-koolstofhoudende meteorieten die ze eerder hadden gemeten. Naarmate jonge planetaire systemen vorm krijgen verwachten wetenschappers dat de sterkte van het magnetische veld zal afnemen met de afstand tot hun ster.
De onderzoekers ontdekten daarentegen dat de verre chondrulen een sterker magnetisch veld hadden van ongeveer 100 microTesla, vergeleken met een veld van 50 microTesla in de dichterbij gelegen chondrulen. Ter referentie: het magnetische veld van de Aarde is tegenwoordig ongeveer 50 microTesla.
Het magnetische veld van een planetair systeem is een maat voor de accretiesnelheid, oftewel de hoeveelheid gas en stof die het in de loop van de tijd in zijn centrum kan trekken. Gebaseerd op het magnetische veld van de koolstofhoudende chondrulen moet het buitenste gebied van het zonnestelsel veel meer massa hebben verzameld dan het binnenste gebied.
Met behulp van modellen om verschillende scenario’s te simuleren concludeerde het onderzoeksteam dat de meest waarschijnlijke verklaring voor de mismatch in accretiesnelheden het bestaan van een opening tussen de binnen- en buitenregio’s is, waardoor de hoeveelheid gas en stof die vanuit de buitenste delen van het zonnestelsel naar de Zon stroomt zou kunnen zijn verminderd.
Openingen in protoplanetaire systemen komen veel voor en de onderzoekers tonen nu aan dat ook ons zonnestelsel een dergelijke opening heeft gekend. Dit geeft antwoord op deze vreemde dichotomie die in meteorieten wordt gezien en het levert bewijs dat gaten in de protoplanetaire schijf de samenstelling van planeten beïnvloeden.
Eerste publicatie: 22 oktober 2021
Bron: diverse persberichten
