Kelaa kosmista kelloa muutama miljardi vuotta taaksepäin, niin aurinkokuntamme näytti paljon erilaiselta kuin nykyään. Noin 4,5 miljardia vuotta sitten nuori aurinko paistoi samalla tavalla kuin nyt, vaikka se olikin hieman pienempi. Sen sijaan, että se olisi ollut planeettojen ympäröimä, se oli ympäröity pyörivässä kaasu- ja pölylevyssä. Tätä levyä kutsutaan protoplanetaariseksi levyksi, ja siellä planeetat lopulta muodostuivat.
Varhaisen aurinkokunnan protoplaneettalevyssä oli näkyvä aukko Marsin ja Jupiterin nykyisen paikan ja nykyajan asteroidivyöhykkeen välillä. Mikä tarkalleen aiheutti aukon, on mysteeri, mutta tähtitieteilijät uskovat sen olevan merkki prosesseista, jotka ohjasivat planeettojen muodostumista.
Ryhmä tutkijoita on julkaissut paperin, jossa hahmotellaan tämän muinaisen aukon löytämistä. Pääkirjoittaja on Cauê Borlina, planeettatieteen tohtori. Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) maan, ilmakehän ja planeettatieteiden laitoksen (EAPS) opiskelija. Lehden otsikko on ' Paleomagneettinen todiste levyn alustarakenteesta varhaisessa aurinkokunnassa .” Se on julkaistu Science Advances -lehdessä.
Kiitos palveluista, kuten Atacama Large Millimeter/Sub-Millimeter Array (ALMA), tähtitieteilijät ovat alkaneet tarkastella nuorempia aurinkojärjestelmiä, joissa on edelleen protoplanetaarisia levyjä ja jotka muodostavat edelleen planeettoja. Niissä on usein silmiinpistäviä aukkoja ja renkaita, jotka ovat todiste planeettojen muodostumisesta. Mutta kuinka se tarkalleen ottaen toimii, on edelleen mysteeri.
'Viime vuosikymmenen aikana tehdyt havainnot ovat osoittaneet, että ontelot, aukot ja renkaat ovat yleisiä muiden nuorten tähtien ympärillä olevissa levyissä', sanoo Benjamin Weiss, tutkimuksen toinen kirjoittaja ja planeettitieteiden professori MIT:n maa-, ilmakehä- ja planeettatieteiden laitokselta. EAPS). 'Nämä ovat tärkeitä, mutta huonosti ymmärrettyjä tunnusmerkkejä fyysisistä prosesseista, joissa kaasu ja pöly muuttuvat nuoreksi auringoksi ja planeetoiksi.'
Tämä ALMA-kuva protoplanetaarisesta levystä lähellä olevan nuoren tähden TW Hydraen ympärillä paljastaa nuorten levyjen renkaat ja aukot. Luotto: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Todisteet oman aurinkokuntamme protoplanetaarisen levyn aukosta noin 4,5 miljardia vuotta sitten ovat peräisin meteoriittien tutkimuksesta.
Aurinkokunnan magneettikentillä oli vaikutusta meteoriittien rakenteeseen. Paleomagnetismi muokkasi protoplanetaarisen kiekon pieniä kiviä, joita kutsutaan kondruleiksi. Chondrules ovat sulaa tai osittain sulaa pyöreän kiven palasia, jotka ovat kiinnittyneet kondriiteiksi kutsuttuun meteoriittityyppiin. Ja kondriitit ovat aurinkokunnan vanhimpia kiviä.
Kun kondrulit jäähtyivät, ne säilyttivät tietueen magneettikentistä tuolloin. Nämä magneettikentät muuttuvat ajan myötä protoplanetaarisen levyn kehittyessä. Kondruleissa olevien elektronien orientaatio on erilainen kulloistenkin magneettikenttien luonteen mukaan. Yhteenlaskettuna kaikki nuo kondrulit kaikissa noissa kondriiteissa kertovat tarinan.
Tämä on kuva NWA 869 (Northwest Africa 869) -nimisestä kondriitista, joka löydettiin Saharan autiomaasta vuonna 2000. Leikkauspinnassa näkyy sekä metallirakeita että kondruleja. Kuvan luotto: H. Raab (käyttäjä: Vesta) – Oma työ, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=226918
Tässä tutkimuksessa ryhmä analysoi kondruleja kahdesta Etelämantereelta löydetystä hiilipitoisesta meteoriitista. He käyttivät laitetta nimeltä SQUID tai Scanning supraconducting Quantum Interference Device. KALMARI on erittäin herkkä, korkearesoluutioinen magnetometri, jota käytetään geologisissa näytteissä. Tiimi käytti SQUIDia määrittääkseen muinaisen alkuperäisen magneettikentän jokaiselle meteoriittien kondrullelle.
Tutkimus perustuu myös ilmiöön nimeltä isotooppidikotomia . Maahan on pudonnut kaksi erillistä meteoriittiperhettä, joilla kummallakin on erilainen isotooppikoostumus, ja tutkijat päättelivät, että näiden kahden perheen on täytynyt muodostua eri aikoina ja eri paikoissa varhaisessa aurinkokunnassa. Näitä kahta tyyppiä kutsutaan hiilipitoisiksi (CC) ja ei-hiilipitoisiksi (NC). CC-meteoriitit sisältävät todennäköisesti materiaalia aurinkokunnan ulkopuolelta, kun taas NC-meteoriitit sisältävät todennäköisesti materiaalia aurinkokunnasta. Jotkut meteoriitit sisältävät molemmat isotooppiset sormenjäljet, mutta se on hyvin harvinaista.
Ryhmän tutkimat kaksi meteoriittia ovat molemmat CC-tyyppejä aurinkokunnan ulkopuolelta. Kun he analysoivat niitä, he havaitsivat, että kondrulit osoittivat voimakkaampia magneettikenttiä kuin NC-meteoriitit, joita he olivat analysoineet aiemmin.
Tämä on ristiriidassa sen kanssa, mitä tähtitieteilijät ajattelevat tapahtuvan nuoressa aurinkokunnassa. Nuoren järjestelmän kehittyessä tutkijat odottavat magneettikenttien heikkenevän etäisyyden myötä Auringosta. Magneettinen vahvuus voidaan mitata yksiköissä, joita kutsutaan mikrotesloiksi, ja CC-kondrullien kenttä oli noin 100 mikroteslaa, kun taas NC-kondrulien vahvuus oli vain 50 mikroteslaa. Vertailun vuoksi maapallon magneettikenttä on nykyään noin 50 mikroteslaa.
Magneettikenttä osoittaa, kuinka aurinkokunta kerää materiaalia. Mitä voimakkaampi kenttä, sitä enemmän materiaalia se voi vetää sisään. Vahvat magneettikentät, jotka näkyvät CC-meteoriittien kondruleissa, osoittavat, että ulompi aurinkokunta keräsi enemmän materiaalia kuin sisäalue, mikä käy ilmi planeettojen koosta. Tämän artikkelin kirjoittajat päättelivät, että tämä on todiste suuresta aukosta, joka jotenkin esti materiaalia virtaamasta sisäiseen aurinkokuntaan.
'Aukot ovat yleisiä protoplanetaarisissa järjestelmissä, ja nyt osoitamme, että meillä oli sellainen omassa aurinkokunnassamme', Borlina sanoo. 'Tämä antaa vastauksen tähän omituiseen kaksijakoisuuteen, jonka näemme meteoriiteissa, ja tarjoaa todisteita siitä, että aukot vaikuttavat planeettojen koostumukseen.'
Se kaikki yhdistyy vankkaksi todisteeksi suuresta, selittämättömästä aukosta varhaisessa aurinkokunnassa.
ALMA:n korkearesoluutioiset kuvat lähellä olevista protoplanetaarisista levyistä, jotka ovat tulosta Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP) -projektista. Luotto: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Jupiter on ylivoimaisesti suurin planeetta, joten se on hyvä paikka alkaa ymmärtää, kuinka tämä kaikki tapahtui omassa aurinkokunnassamme. Jupiterin kasvaessa sen voimakkaalla painovoimalla saattoi olla osansa. Se olisi voinut pyyhkiä kaasua ja pölyä pois sisäisestä aurinkokunnasta laitamille, jättäen sen ja Marsin väliin kehittyvälle levylle.
Toinen mahdollinen selitys johtuu itse levystä. Varhaiset levyt ovat muotoiltu omien voimakkaiden magneettikenttiensä avulla. Kun nämä kentät ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, ne voivat luoda voimakkaita tuulia, jotka voivat syrjäyttää materiaalia ja luoda aukon. Jupiterin painovoima ja protoplaneetan magneettikentät olisivat voineet yhdessä luoda aukon.
Mutta mikä aiheutti eron, on vain yksi kysymys. Toinen kysymys on, mikä rooli sillä oli? Kuinka se on auttanut muovaamaan kaikkea sen jälkeen, kun se muodostui yli neljä miljardia vuotta sitten? Paperin mukaan itse rako saattoi toimia läpäisemättömänä esteenä, joka esti kummankin puolen materiaalia vuorovaikutuksessa. Aukon sisäpuolella ovat maanpäälliset planeetat ja raon ulkopuolella kaasumaiset maailmat.
'Tämän aukon ylittäminen on melko vaikeaa, ja planeetta tarvitsisi paljon ulkoista vääntömomenttia ja vauhtia', sanoi pääkirjailija Cauê Borlina. Lehdistötiedote . 'Joten tämä tarjoaa todisteita siitä, että planeettamme muodostuminen rajoittui varhaisen aurinkokunnan tietyille alueille.'
Lisää:
- Lehdistötiedote: Tutkijat löytävät todisteita siitä, että varhaisessa aurinkokunnassa oli kuilu sisä- ja ulkoalueidensa välillä
- Julkaistu tutkimus: Paleomagneettinen todiste levyn alustarakenteesta varhaisessa aurinkokunnassa
- Universumi tänään: Protoplanetaariset levyt heittävät ulos enemmän materiaalia kuin muuttuvat planeetoiksi