De meeste meteorieten die op aarde zijn geland, zijn fragmenten van planetesimalen, de allereerste protoplanetaire lichamen in het zonnestelsel. Wetenschappers hebben gedacht dat deze oerlichamen ofwel in het begin van hun geschiedenis volledig smolten of als stapels niet-gesmolten puin achterbleven.

Maar sinds de ontdekking in de jaren zestig heeft een familie van meteorieten onderzoekers in de war gebracht. De diverse fragmenten, over de hele wereld gevonden, lijken te zijn afgebroken van hetzelfde oerlichaam, en toch geeft de samenstelling van deze meteorieten aan dat hun ouder een raadselachtige hersenschim moet zijn geweest die zowel gesmolten als niet-gesmolten was.

Nu hebben onderzoekers van het MIT en elders vastgesteld dat het moederlichaam van deze zeldzame meteorieten inderdaad een meerlagige, gedifferentieerd object dat waarschijnlijk een vloeibare metalen kern had. Deze kern was substantieel genoeg om een ​​magnetisch veld op te wekken dat misschien net zo sterk was als het huidige magnetische veld van de aarde.

hun resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , suggereren dat de diversiteit van de vroegste objecten in het zonnestelsel complexer kan zijn geweest dan wetenschappers hadden aangenomen.

"Dit is een voorbeeld van een planetesimaal dat gesmolten en niet-gesmolten lagen moet hebben gehad. Het stimuleert het zoeken naar meer bewijs van samengestelde planetaire structuren, " zegt hoofdauteur Clara Maurel, een afgestudeerde student aan het MIT's Department of Earth, Sfeervol, en Planetaire Wetenschappen (EAPS). "Het volledige spectrum van structuren begrijpen, van niet-gesmolten tot volledig gesmolten, is de sleutel tot het ontcijferen van hoe planetesimalen in het vroege zonnestelsel zijn gevormd."

Tot de co-auteurs van Maurel behoren EAPS-professor Benjamin Weiss, samen met medewerkers van de Universiteit van Oxford, Cambridge Universiteit, de Universiteit van Chicago, Lawrence Berkeley Nationaal Laboratorium, en het Southwest Research Institute.

Vreemde ijzers

Het zonnestelsel is ongeveer 4,5 miljard jaar geleden gevormd als een werveling van superheet gas en stof. Toen deze schijf geleidelijk afkoelde, stukjes materie botsten en versmolten tot steeds grotere lichamen, zoals planetesimalen.

De meeste meteorieten die op de aarde zijn gevallen, hebben een samenstelling die suggereert dat ze afkomstig zijn van zulke vroege planetesimalen die twee soorten waren:gesmolten, en niet gesmolten. Beide soorten objecten, wetenschappers geloven, relatief snel zou hebben gevormd, in minder dan een paar miljoen jaar, vroeg in de evolutie van het zonnestelsel.

Als er in de eerste 1,5 miljoen jaar van het zonnestelsel een planetesimaal is gevormd, kortlevende radiogene elementen hadden het lichaam volledig kunnen doen smelten vanwege de warmte die vrijkwam bij hun verval. Ongesmolten planetesimalen kunnen later gevormd zijn, toen hun materiaal kleinere hoeveelheden radiogene elementen bevatte, onvoldoende om te smelten.

Er is weinig bewijs gevonden in het meteorietverslag van tussenliggende objecten met zowel gesmolten als niet-gesmolten composities, behalve een zeldzame familie van meteorieten genaamd IIE-ijzers.

"Deze IIE-ijzers zijn vreemde meteorieten, Weiss zegt. "Ze tonen allebei bewijs dat ze afkomstig zijn van oerobjecten die nooit zijn gesmolten, en ook bewijs dat het afkomstig is van een lichaam dat volledig of op zijn minst grotendeels is gesmolten. We wisten niet waar we ze moesten plaatsen, en dat is wat ons op hen heeft gericht."

Magnetische zakken

Wetenschappers hebben eerder ontdekt dat zowel gesmolten als niet-gesmolten IIE-meteorieten afkomstig zijn van hetzelfde oude planetesimale, die waarschijnlijk een vaste korst had over een vloeibare mantel, zoals de aarde. Maurel en haar collega's vroegen zich af of het planetesimal ook een metalen, gesmolten kern.

"Smolt dit object voldoende zodat het materiaal naar het centrum zonk en een metalen kern vormde zoals die van de aarde?" zegt Maurel. "Dat was het ontbrekende stukje in het verhaal van deze meteorieten."

Het team redeneerde dat als het planetesimal een metalen kern zou bevatten, het zou heel goed een magnetisch veld kunnen hebben gegenereerd, vergelijkbaar met de manier waarop de kolkende vloeibare kern van de aarde een magnetisch veld produceert. Zo'n oud veld kan ervoor gezorgd hebben dat mineralen in het planetesimal in de richting van het veld wijzen, als een naald in een kompas. Bepaalde mineralen zouden deze uitlijning gedurende miljarden jaren hebben kunnen behouden.

Maurel en haar collega's vroegen zich af of ze dergelijke mineralen zouden kunnen vinden in monsters van IIE-meteorieten die op aarde waren neergestort. Ze kregen twee meteorieten, die ze analyseerden op een type ijzer-nikkelmineraal dat bekend staat om zijn uitzonderlijke magnetisme-opname-eigenschappen.

Het team analyseerde de monsters met behulp van de geavanceerde lichtbron van het Lawrence Berkeley National Laboratory, die röntgenstralen produceert die interageren met minerale korrels op nanometerschaal, op een manier die de magnetische richting van de mineralen kan onthullen.

Zowaar, de elektronen in een aantal korrels waren in dezelfde richting uitgelijnd - bewijs dat het ouderlichaam een ​​magnetisch veld opwekte, mogelijk tot enkele tientallen microtesla, wat ongeveer de sterkte van het aardmagnetisch veld is. Na het uitsluiten van minder plausibele bronnen, het team concludeerde dat het magnetische veld hoogstwaarschijnlijk werd geproduceerd door een vloeibare metalen kern. Om zo'n veld te genereren, ze schatten dat de kern minstens enkele tientallen kilometers breed moet zijn geweest.

Dergelijke complexe planetesimalen met gemengde samenstelling (zowel gesmolten, in de vorm van een vloeibare kern en mantel, en niet gesmolten in de vorm van een stevige korst), Maurel zegt, zou waarschijnlijk meerdere miljoenen jaren hebben geduurd om zich te vormen - een vormingsperiode die langer is dan wat wetenschappers tot voor kort hadden aangenomen.

Maar waar in het ouderlichaam kwamen de meteorieten vandaan? Als het magnetische veld werd opgewekt door de kern van het ouderlichaam, dit zou betekenen dat de fragmenten die uiteindelijk op de aarde vielen, niet uit de kern zelf konden komen. Dat komt omdat een vloeibare kern alleen een magnetisch veld genereert terwijl het nog steeds karnen en heet is. Alle mineralen die het oude veld zouden hebben geregistreerd, moeten dat buiten de kern hebben gedaan, voordat de kern zelf volledig is afgekoeld.

Werken met medewerkers aan de Universiteit van Chicago, het team voerde simulaties met hoge snelheid uit van verschillende vormingsscenario's voor deze meteorieten. Ze toonden aan dat het mogelijk was dat een lichaam met een vloeibare kern in botsing kwam met een ander object, en voor die impact om materiaal uit de kern te verwijderen. Dat materiaal zou dan migreren naar zakken dicht bij het oppervlak waar de meteorieten zijn ontstaan.

"Als het lichaam afkoelt, de meteorieten in deze zakken zullen dit magnetische veld in hun mineralen inprenten. Op een gegeven moment, het magnetische veld zal afnemen, maar de afdruk blijft, ' zegt Maurel. 'Later, dit lichaam zal nog veel andere botsingen ondergaan tot de ultieme botsingen die deze meteorieten op de baan van de aarde zullen plaatsen."

Was zo'n complex planetesimaal een uitbijter in het vroege zonnestelsel, of een van de vele van dergelijke gedifferentieerde objecten? Het antwoord, Weiss zegt, kan in de asteroïdengordel liggen, een gebied bevolkt met oerresten.

"De meeste lichamen in de asteroïdengordel lijken niet gesmolten op hun oppervlak, " zegt Weiss. "Als we uiteindelijk in asteroïden kunnen kijken, we kunnen dit idee testen. Misschien zijn sommige asteroïden van binnen gesmolten, en lichamen zoals deze planetesimal zijn eigenlijk heel gewoon."