De isotopensamenstelling van meteorieten en terrestrische planeten bevat belangrijke aanwijzingen over de vroegste geschiedenis van het zonnestelsel en de processen van planeetvorming.

Wetenschappers van Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en een medewerker van de Universiteit van Münster hebben recent werk beoordeeld dat laat zien hoe meteorieten een fundamentele isotopische dichotomie vertonen tussen niet-koolstofhoudende (NC) en koolstofhoudende (CC-gesteenten of sedimenten die koolstof of verbindingen daarvan bevatten) , die hoogstwaarschijnlijk materiaal vertegenwoordigen van het binnenste en buitenste zonnestelsel. Het onderzoek verschijnt in het tijdschrift Natuurastronomie .

Het zonnestelsel werd 4,5 miljard jaar geleden gevormd door de zwaartekracht ineenstorting van een moleculaire wolkenkern, wat resulteerde in de vorming van een circumsolaire schijf van gas en stof (ook wel de zonnenevel genoemd). Deze schijf werd uiteindelijk omgevormd tot een planetair systeem bestaande uit een enkele centrale ster, de zon, omringd door vier terrestrische planeten in het binnenste zonnestelsel, vier reuzenplaneten in het buitenste zonnestelsel voorbij de "sneeuwgrens" en een groot aantal kleinere lichamen, inclusief asteroïden, manen, dwergplaneten en kometen.

"Om te begrijpen hoe het zonnestelsel evolueerde naar zijn huidige configuratie, de gebeurtenissen en processen die plaatsvinden tijdens de vroegste stadia van de geschiedenis van het zonnestelsel moeten worden gereconstrueerd met een zeer hoge temporele en ruimtelijke resolutie, " zei LLNL-kosmochemicus Thomas Kruijer, hoofdauteur van het artikel.

Hoewel astronomische waarnemingen en dynamische modellering fundamentele inzichten verschaffen in de structuur en dynamiek van protoplanetaire schijven, en de processen van planetaire aanwas, de studie van meteorieten maakt de reconstructie van de vroegste geschiedenis van het zonnestelsel mogelijk met een ongekende resolutie in tijd en ruimte.

Recente analytische vorderingen in de precisie van metingen van de isotopenverhouding maken het niet alleen mogelijk om meteorieten te dateren met een precisie van minder dan een miljoen jaar, maar ook om verschillende nucleosynthetische isotopische handtekeningen te identificeren. Dit stelt wetenschappers in staat om genetische verbanden tussen planetaire materialen te identificeren en helpt het gebied van de schijf te beperken waar een bepaalde meteoriet vandaan komt.

De meeste meteorieten zijn afkomstig van asteroïden die zich in de belangrijkste asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter bevinden en worden traditioneel gezien als monsters van lichamen die zijn gevormd waar ze tegenwoordig worden gevonden. Echter, onlangs, dit perspectief is drastisch veranderd met de ontdekking van een fundamentele genetische dichotomie die is waargenomen in de nucleosynthetische isotoopsignaturen van NC- en CC-meteorieten. Deze ontdekking, gecombineerd met de vaststelling van een nauwkeurige chronologie voor de aanwas van meteorietouderlichamen, heeft de integratie van meteoritische beperkingen in grootschalige modellen van schijfevolutie en planeetvorming mogelijk gemaakt.

De dichotomie van niet-koolstofhoudende meteorieten

Nucleosynthetische isotopenanomalieën komen voort uit de heterogene verdeling van presolaire fasen, en uiteindelijk weerspiegelen dat het zonnestelsel materiaal uit verschillende stellaire bronnen heeft opgenomen. Zoals blijkt uit analyses van presolaire korrels in primitieve meteorieten, de moleculaire wolk van het zonnestelsel bestond uit materialen met sterk variabele isotopensamenstellingen. Hoewel processen in de ouderlijke moleculaire wolk van het zonnestelsel en/of de circumsolaire schijf deze materialen relatief goed hebben gehomogeniseerd, er bestaan ​​kleine heterogeniteiten die zijn bemonsterd op de schaal van meteorietcomponenten, bulk meteorieten en planeten. Nucleosynthetische isotopenanomalieën zijn voor veel elementen geïdentificeerd. Het team richtte zich op die elementen (zuurstof, chroom, titanium, molybdeen, nikkel, ruthenium en wolfraam) die het meest relevant zijn voor de definitie van de NC-CC-dichotomie en die de meest gedetailleerde inzichten bieden in de dynamiek van het vroege zonnestelsel.

"De NC-CC-dichotomie weerspiegelt hoogstwaarschijnlijk de scheiding van het vroege zonnestelsel in een binnen- en buitenschijf gescheiden door Jupiter, ' zei Kruijer.

Het team zei dat het koppelen van de chronologie van de aangroei van het ouderlichaam van meteorieten met de NC-CC-dichotomie nieuwe inzichten biedt in de dynamiek en grootschalige structuur van de protoplanetaire schijf van de zon, de vormings- en groeigeschiedenis van Jupiter en de accretiedynamiek van terrestrische planeten, inclusief de levering van water en zeer vluchtige soorten naar de aarde.