science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Onderzoekers ontdekken belangrijke aanwijzingen over de geschiedenis van het zonnestelsel

Illustratie van zonnewind die over asteroïden in het vroege zonnestelsel stroomt. Het magnetische veld van de zonnewind (witte lijn/pijlen) magnetiseert de asteroïde (rode pijl). Onderzoekers van de Universiteit van Rochester gebruikten magnetisme om te bepalen, Voor de eerste keer, toen koolstofhoudende chondriet-asteroïden voor het eerst in het binnenste zonnestelsel arriveerden. Credit:illustratie Universiteit van Rochester / Michael Osadciw

In een nieuw artikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Communicatie Aarde en Milieu, onderzoekers van de Universiteit van Rochester konden magnetisme gebruiken om te bepalen, Voor de eerste keer, toen koolstofhoudende chondriet-asteroïden - asteroïden die rijk zijn aan water en aminozuren - voor het eerst in het binnenste zonnestelsel arriveerden. Het onderzoek levert gegevens op die wetenschappers helpen informeren over de vroege oorsprong van het zonnestelsel en waarom sommige planeten, zoals de aarde, bewoonbaar werden en in staat waren om omstandigheden te onderhouden die bevorderlijk waren voor het leven, terwijl andere planeten, zoals Mars, deed niet.

Het onderzoek levert wetenschappers ook gegevens op die kunnen worden toegepast bij de ontdekking van nieuwe exoplaneten.

"Er is speciale interesse in het definiëren van deze geschiedenis - met verwijzing naar het enorme aantal ontdekkingen van exoplaneten - om af te leiden of gebeurtenissen vergelijkbaar of verschillend kunnen zijn geweest in exo-zonnestelsels, " zegt John Tarduno, de William R. Kenan, jr., Hoogleraar bij de afdeling Aard- en Milieuwetenschappen en decaan onderzoek voor de kunsten, Wetenschappen en techniek in Rochester. "Dit is een ander onderdeel van de zoektocht naar andere bewoonbare planeten."

Een paradox oplossen met behulp van een meteoriet in Mexico

Sommige meteorieten zijn stukjes puin van objecten in de ruimte, zoals asteroïden. Nadat ze zich van hun "ouderlichamen" hadden losgemaakt, "Deze stukken kunnen overleven door de atmosfeer te passeren en uiteindelijk het oppervlak van een planeet of maan te raken.

Door de magnetisatie van meteorieten te bestuderen, kunnen onderzoekers een beter idee krijgen van wanneer de objecten zijn gevormd en waar ze zich vroeg in de geschiedenis van het zonnestelsel bevonden.

"We realiseerden ons enkele jaren geleden dat we het magnetisme van meteorieten afkomstig van asteroïden konden gebruiken om te bepalen hoe ver deze meteorieten van de zon waren toen hun magnetische mineralen werden gevormd, ' zegt Tarduno.

Om meer te weten te komen over de oorsprong van meteorieten en hun ouderlichamen, Tarduno en de onderzoekers bestudeerden magnetische gegevens verzameld van de Allende-meteoriet, die op aarde viel en in 1969 in Mexico landde. De Allende-meteoriet is de grootste koolstofhoudende chondriet-meteoriet die op aarde is gevonden en bevat mineralen - calcium-aluminium-insluitsels - waarvan wordt aangenomen dat ze de eerste vaste stoffen zijn die in het zonnestelsel zijn gevormd. Het is een van de meest bestudeerde meteorieten en werd decennialang beschouwd als het klassieke voorbeeld van een meteoriet van een primitief asteroïde-moederlichaam.

Om te bepalen wanneer de objecten zijn gevormd en waar ze zich bevonden, de onderzoekers moesten eerst een paradox aanpakken over meteorieten die de wetenschappelijke gemeenschap in verwarring bracht:hoe kregen de meteorieten magnetisatie?

Onlangs, er ontstond een controverse toen sommige onderzoekers suggereerden dat koolstofhoudende chondrietmeteorieten zoals Allende waren gemagnetiseerd door een kerndynamo, zoals die van de aarde. De aarde staat bekend als een gedifferentieerd lichaam omdat het een korst heeft, mantel, en kern die zijn gescheiden door samenstelling en dichtheid. Al vroeg in hun geschiedenis, planetaire lichamen kunnen genoeg warmte krijgen zodat er wijdverbreid smelten is en het dichte materiaal - ijzer - naar het centrum zakt.

Nieuwe experimenten door afgestudeerde student Tim O'Brien uit Rochester, de eerste auteur van het artikel, ontdekte dat magnetische signalen die door eerdere onderzoekers werden geïnterpreteerd, niet echt uit een kern kwamen. In plaats daarvan, O'Brien gevonden, het magnetisme is een eigenschap van Allende's ongebruikelijke magnetische mineralen.

De rol van Jupiter in de migratie van asteroïden bepalen

Na deze paradox te hebben opgelost, O'Brien was in staat meteorieten te identificeren met andere mineralen die de vroege magnetisaties van het zonnestelsel getrouw konden vastleggen.

De magnetische groep van Tarduno combineerde dit werk vervolgens met theoretisch werk van Eric Blackman, hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde, en computersimulaties onder leiding van afgestudeerde student Atma Anand en Jonathan Carroll-Nellenback, een computationele wetenschapper bij Rochester's Laboratory for Laser Energetics. Deze simulaties toonden aan dat zonnewinden rond de lichamen van het vroege zonnestelsel gedrapeerd waren en het was deze zonnewind die de lichamen magnetiseerde.

Met behulp van deze simulaties en gegevens, de onderzoekers stelden vast dat de oorspronkelijke asteroïden waaruit koolstofhoudende chondrietmeteorieten afbraken, rond 4 uur in de asteroïdengordel arriveerden vanuit het buitenste zonnestelsel, 562 miljoen jaar geleden, binnen de eerste vijf miljoen jaar van de geschiedenis van het zonnestelsel.

Tarduno zegt dat de analyses en modellering meer ondersteuning bieden voor de zogenaamde grand tack-theorie van de beweging van Jupiter. Terwijl wetenschappers ooit dachten dat planeten en andere planetaire lichamen gevormd waren uit stof en gas op een ordelijke afstand van de zon, tegenwoordig realiseren wetenschappers zich dat de zwaartekrachten die verband houden met reuzenplaneten - zoals Jupiter en Saturnus - de vorming en migratie van planetaire lichamen en asteroïden kunnen aansturen. De grand tack-theorie suggereert dat asteroïden werden gescheiden door de zwaartekracht van de gigantische planeet Jupiter, wiens daaropvolgende migratie vervolgens de twee asteroïde groepen vermengde.

Hij voegt toe, "Deze vroege beweging van koolstofhoudende chondriet-asteroïden vormt het toneel voor verdere verstrooiing van waterrijke lichamen - mogelijk naar de aarde - later in de ontwikkeling van het zonnestelsel, en het kan een patroon zijn dat veel voorkomt in exoplaneetsystemen."