Ongeveer 4,6 miljard jaar geleden, een enorme wolk van waterstofgas en stof stortte in onder zijn eigen gewicht, uiteindelijk afvlakkend tot een schijf die de zonnenevel wordt genoemd. Het meeste van dit interstellaire materiaal trok samen in het centrum van de schijf om de zon te vormen, en een deel van het resterende gas en stof van de zonnenevel condenseerde om de planeten en de rest van ons zonnestelsel te vormen.

Nu hebben wetenschappers van MIT en hun collega's de levensduur van de zonnenevel geschat - een belangrijke fase waarin een groot deel van de evolutie van het zonnestelsel vorm kreeg.

Deze nieuwe schatting suggereert dat de gasreuzen Jupiter en Saturnus gevormd moeten zijn binnen de eerste 4 miljoen jaar na de vorming van het zonnestelsel. Verder, ze moeten tegen die tijd de door gas aangedreven migratie van hun baanposities hebben voltooid.

"Er gebeurt zoveel aan het begin van de geschiedenis van het zonnestelsel, " zegt Benjamin Weiss, hoogleraar aarde, atmosferisch, en planetaire wetenschappen aan het MIT. "Natuurlijk evolueren de planeten daarna, maar de grootschalige structuur van het zonnestelsel werd in wezen vastgesteld in de eerste 4 miljoen jaar."

Weiss en MIT-postdoc Huapei Wang, de eerste auteur van deze studie, rapporteer hun resultaten vandaag in het tijdschrift Wetenschap . Hun co-auteurs zijn Brynna Downey, Clemens Suavet, en Roger Fu van MIT; Xue-Ning Bai van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics; Jun Wang en Jiajun Wang van Brookhaven National Laboratory; en Maria Zucolotto van het Nationaal Museum in Rio de Janeiro.

Spectaculaire blokfluiten

Door de magnetische oriëntaties te bestuderen in ongerepte monsters van oude meteorieten die 4,653 miljard jaar geleden zijn gevormd, het team stelde vast dat de zonnenevel ongeveer 3 tot 4 miljoen jaar duurde. Dit is een nauwkeuriger cijfer dan eerdere schattingen, die de levensduur van de zonnenevel ergens tussen de 1 en 10 miljoen jaar plaatste.

Het team kwam tot zijn conclusie na een zorgvuldige analyse van angrites, die enkele van de oudste en meest ongerepte planetaire rotsen zijn. Angrites zijn stollingsgesteenten, waarvan men denkt dat veel ervan heel vroeg in de geschiedenis van het zonnestelsel op het oppervlak van asteroïden zijn uitgebarsten en daarna snel zijn afgekoeld, het bevriezen van hun oorspronkelijke eigenschappen - inclusief hun samenstelling en paleomagnetische signalen - op hun plaats.

Wetenschappers beschouwen angrites als uitzonderlijke registreerders van het vroege zonnestelsel, vooral omdat de rotsen ook grote hoeveelheden uranium bevatten, waarmee ze precies hun leeftijd kunnen bepalen.

"Angrites zijn echt spectaculair, "zegt Weiss. "Veel ervan lijken op wat er op Hawaï zou kunnen uitbarsten, maar ze koelden af ​​op een heel vroeg planetesimaal."

Weiss en zijn collega's analyseerden vier angrites die op verschillende plaatsen en tijden op aarde vielen.

"Een viel in Argentinië, en werd ontdekt toen een landarbeider zijn akker aan het bewerken was, " zegt Weiss. "Het leek op een Indiaas artefact of kom, en de landeigenaar hield het ongeveer 20 jaar bij dit huis, totdat hij uiteindelijk besloot het te laten analyseren, en het bleek een heel zeldzame meteoriet te zijn."

De andere drie meteorieten werden ontdekt in Brazilië, Antartica, en de Sahara-woestijn. Alle vier de meteorieten waren opmerkelijk goed bewaard gebleven, geen extra verwarming of grote veranderingen in de samenstelling hebben ondergaan sinds ze oorspronkelijk zijn gevormd.

Kleine kompassen meten

Het team nam monsters van alle vier de meteorieten. Door de verhouding van uranium tot lood in elk monster te meten, eerdere studies hadden vastgesteld dat de drie oudste ongeveer 4,653 miljard jaar geleden werden gevormd. De onderzoekers maten vervolgens de resterende magnetisatie van de rotsen met behulp van een precisiemagnetometer in het MIT Paleomagnetism Laboratory.

"Elektronen zijn kleine kompasnaalden, en als je er een aantal in een rots uitlijnt, de rots wordt gemagnetiseerd, " legt Weiss uit. "Als ze eenmaal zijn uitgelijnd, wat kan gebeuren als een steen afkoelt in de aanwezigheid van een magnetisch veld, dan blijven ze zo. Dat is wat we gebruiken als records van oude magnetische velden."

Toen ze de angrites in de magnetometer plaatsten, de onderzoekers zagen zeer weinig restmagnetisatie, wat aangeeft dat er heel weinig magnetisch veld aanwezig was toen de angrites zich vormden.

Het team ging een stap verder en probeerde het magnetische veld te reconstrueren dat de uitlijning van de rotsen zou hebben veroorzaakt, of het ontbreken daarvan. Om dit te doen, ze verhitten de monsters, vervolgens werden ze weer afgekoeld in een laboratoriumgestuurd magnetisch veld.

"We kunnen het laboratoriumveld blijven verlagen en reproduceren wat er in het monster zit, " zegt Weiss. "We vinden dat alleen zeer zwakke laboratoriumvelden zijn toegestaan, gezien hoe weinig overblijfsel magnetisatie is in deze drie angrieten."

specifiek, het team ontdekte dat de resterende magnetisatie van de angrites kan zijn geproduceerd door een extreem zwak magnetisch veld van niet meer dan 0,6 microtesla, 4,653 miljard jaar geleden, of, ongeveer 4 miljoen jaar na het begin van het zonnestelsel.

In 2014, De groep van Weiss analyseerde andere oude meteorieten die gevormd werden in de eerste 2 tot 3 miljoen jaar van het zonnestelsel, en vond bewijs van een magnetisch veld dat ongeveer 10-100 keer sterker was - ongeveer 5-50 microtesla.

"Er is voorspeld dat zodra het magnetische veld in het binnenste zonnestelsel met een factor 10-100 daalt, die we nu hebben laten zien, de zonnenevel verdwijnt heel snel, binnen 100, 000 jaar, "zegt Weiss. "Dus zelfs als de zonnenevel nog geen 4 miljoen jaar was verdwenen, het was eigenlijk op zijn weg naar buiten."

De planeten staan ​​op één lijn

De nieuwe schatting van de onderzoekers is veel nauwkeuriger dan eerdere schattingen, die waren gebaseerd op waarnemingen van verre sterren.

"Bovendien, het paleomagnetisme van de angites beperkt de levensduur van onze eigen zonnenevel, terwijl astronomische waarnemingen duidelijk andere verre zonnestelsels meten, Wang voegt eraan toe. "Omdat de levensduur van de zonnenevel de uiteindelijke posities van Jupiter en Saturnus kritisch beïnvloedt, het beïnvloedt ook de latere vorming van de aarde, ons huis, evenals de vorming van andere terrestrische planeten."

Nu de wetenschappers een beter idee hebben van hoe lang de zonnenevel bleef bestaan, ze kunnen ook inzicht krijgen in hoe reuzenplaneten zoals Jupiter en Saturnus zijn gevormd. Reuzenplaneten zijn meestal gemaakt van gas en ijs, en er zijn twee heersende hypothesen over hoe al dit materiaal samenkwam als een planeet. Eén suggereert dat reuzenplaneten zijn gevormd door de zwaartekrachtinstorting van condenserend gas, zoals de zon deed. De andere suggereert dat ze zijn ontstaan ​​in een proces in twee fasen dat kernaanwas wordt genoemd. waarin stukjes materiaal verpletterd en samengesmolten tot grotere rotsachtige, ijzige lichamen. Toen deze lichamen eenmaal massief genoeg waren, ze hadden een zwaartekracht kunnen creëren die enorme hoeveelheden gas aantrok om uiteindelijk een gigantische planeet te vormen.

Volgens eerdere voorspellingen reuzenplaneten die zich vormen door zwaartekrachtinstorting van gas zouden hun algemene vorming binnen 100 moeten voltooien, 000 jaar. Kernaanwas, in tegenstelling tot, wordt doorgaans gedacht dat het veel langer duurt, in de orde van 1 tot enkele miljoenen jaren. Weiss zegt dat als de zonnenevel in de eerste 4 miljoen jaar van de vorming van het zonnestelsel bestond, dit zou het kernaanwasscenario ondersteunen, die over het algemeen de voorkeur geniet onder wetenschappers.

"De gasreuzen moeten 4 miljoen jaar na de vorming van het zonnestelsel gevormd zijn, " zegt Weiss. "Planeten bewogen overal, in en uit over grote afstanden, en men denkt dat al deze beweging werd aangedreven door zwaartekrachten van het gas. We zeggen dat dit allemaal in de eerste 4 miljoen jaar is gebeurd."