In het vroege zonnestelsel, een "protoplanetaire schijf" van stof en gas die rond de zon draaide en uiteindelijk samenvloeide tot de planeten die we tegenwoordig kennen.

Een nieuwe analyse van oude meteorieten door wetenschappers van het MIT en elders suggereert dat er ongeveer 4,567 miljard jaar geleden een mysterieuze kloof bestond in deze schijf. in de buurt van de locatie waar de asteroïdengordel zich vandaag bevindt.

De resultaten van het team, verschijnt vandaag in wetenschappelijke vooruitgang , direct bewijs leveren voor deze leemte.

"Over de afgelopen tien jaar, waarnemingen hebben aangetoond dat holtes, hiaten, en ringen komen veel voor in schijven rond andere jonge sterren, " zegt Benjamin Weiss, hoogleraar planetaire wetenschappen aan het MIT's Department of Earth, Sfeervol, en Planetaire Wetenschappen (EAPS). "Dit zijn belangrijke maar slecht begrepen handtekeningen van de fysieke processen waarmee gas en stof transformeren in de jonge zon en planeten."

Evenzo blijft de oorzaak van zo'n gat in ons eigen zonnestelsel een mysterie. Een mogelijkheid is dat Jupiter een invloed kan zijn geweest. Toen de gasreus vorm kreeg, zijn immense aantrekkingskracht had gas en stof naar de buitenwijken kunnen duwen, waardoor er een opening in de ontwikkelende schijf achterblijft.

Een andere verklaring kan te maken hebben met winden die uit het oppervlak van de schijf komen. Vroege planetaire systemen worden bestuurd door sterke magnetische velden. Wanneer deze velden interageren met een roterende schijf van gas en stof, ze kunnen winden produceren die krachtig genoeg zijn om materiaal naar buiten te blazen, een gat in de schijf achterlatend.

Ongeacht de oorsprong ervan, een gat in het vroege zonnestelsel diende waarschijnlijk als een kosmische grens, voorkomen dat materiaal aan weerszijden ervan in wisselwerking staat. Deze fysieke scheiding zou de samenstelling van de planeten van het zonnestelsel kunnen hebben gevormd. Bijvoorbeeld, aan de binnenkant van de kloof, gas en stof vloeiden samen tot aardse planeten, inclusief de aarde en Mars, terwijl gas en stof degradeerden naar de andere kant van de kloof gevormd in ijzige gebieden, zoals Jupiter en zijn naburige gasreuzen.

"Het is vrij moeilijk om deze kloof te overbruggen, en een planeet zou veel extern koppel en momentum nodig hebben, " zegt hoofdauteur en EAPS-afgestudeerde student Cauê Borlina. "Dus, dit levert bewijs dat de vorming van onze planeten beperkt was tot specifieke regio's in het vroege zonnestelsel."

Weiss en Borlina's co-auteurs zijn onder meer Eduardo Lima, Nilanjan Chatterjee, en Elias Mansbach van MIT, James Bryson van de Universiteit van Oxford, en Xue-Ning Bai van de Tsinghua-universiteit.

Een splitsing in de ruimte

Over de afgelopen tien jaar, wetenschappers hebben een merkwaardige splitsing waargenomen in de samenstelling van meteorieten die hun weg naar de aarde hebben gevonden. Deze ruimterotsen werden oorspronkelijk gevormd op verschillende tijdstippen en locaties toen het zonnestelsel vorm kreeg. Degenen die zijn geanalyseerd vertonen een van de twee isotopencombinaties. Zelden is gevonden dat meteorieten beide vertonen - een raadsel dat bekend staat als de 'isotopische dichotomie'.

Wetenschappers hebben voorgesteld dat deze tweedeling het resultaat kan zijn van een gat in de schijf van het vroege zonnestelsel, maar een dergelijke kloof is niet direct bevestigd.

De groep van Weiss analyseert meteorieten op tekenen van oude magnetische velden. Terwijl een jong planetenstelsel vorm krijgt, het draagt ​​een magnetisch veld met zich mee, waarvan de sterkte en richting kunnen veranderen afhankelijk van verschillende processen binnen de evoluerende schijf. Terwijl oud stof zich verzamelde tot korrels die bekend staan ​​als chondrulen, elektronen in chondrulen uitgelijnd met het magnetische veld waarin ze zijn gevormd.

Chondrulen kunnen kleiner zijn dan de diameter van een mensenhaar, en worden tegenwoordig in meteorieten gevonden. De groep van Weiss is gespecialiseerd in het meten van chondrulen om de oude magnetische velden te identificeren waarin ze oorspronkelijk zijn gevormd.

In eerder werk, de groep analyseerde monsters van een van de twee isotopische groepen meteorieten, bekend als de niet-koolstofhoudende meteorieten. Men denkt dat deze rotsen zijn ontstaan ​​in een "reservoir, " of regio van het vroege zonnestelsel, relatief dicht bij de zon. De groep van Weiss identificeerde eerder het oude magnetische veld in monsters uit dit nabij gelegen gebied.

Een meteoriet mismatch

In hun nieuwe studie de onderzoekers vroegen zich af of het magnetische veld hetzelfde zou zijn in de tweede isotoop, "koolstofhoudende" groep meteorieten, die, te oordelen naar hun isotopensamenstelling, Men denkt dat ze verder in het zonnestelsel zijn ontstaan.

Ze analyseerden chondrulen, elk met een afmeting van ongeveer 100 micron, van twee koolstofhoudende meteorieten die op Antarctica zijn ontdekt. Met behulp van het supergeleidende kwantuminterferentieapparaat, of INKTVIS, een uiterst nauwkeurige microscoop in het laboratorium van Weiss, het team bepaalde het origineel van elke chondrule, oud magnetisch veld.

Verrassend genoeg, ze ontdekten dat hun veldsterkte sterker was dan die van de dichterbij gelegen niet-koolstofhoudende meteorieten die ze eerder hadden gemeten. Terwijl jonge planetenstelsels vorm krijgen, wetenschappers verwachten dat de sterkte van het magnetische veld zal afnemen met de afstand tot de zon.

In tegenstelling tot, Borlina en zijn collega's ontdekten dat de verre chondrulen een sterker magnetisch veld hadden, van ongeveer 100 microtesla, vergeleken met een veld van 50 microtesla in de dichterbij gelegen chondrulen. Als referentie, het magnetisch veld van de aarde is tegenwoordig ongeveer 50 microtesla.

Het magnetisch veld van een planetair systeem is een maat voor de accretiesnelheid, of de hoeveelheid gas en stof die het in de loop van de tijd in zijn centrum kan trekken. Gebaseerd op het magnetische veld van de koolstofhoudende chondrulen, het buitenste gebied van het zonnestelsel moet veel meer massa hebben verzameld dan het binnenste.

Met behulp van modellen om verschillende scenario's te simuleren, het team concludeerde dat de meest waarschijnlijke verklaring voor de mismatch in accretiesnelheden het bestaan ​​van een kloof tussen de binnen- en buitenregio's is, die de hoeveelheid gas en stof die vanuit de buitenste regionen naar de zon stromen had kunnen verminderen.

"Hiaten komen vaak voor in protoplanetaire systemen, en we laten nu zien dat we er een hadden in ons eigen zonnestelsel, "zegt Borlina. "Dit geeft het antwoord op deze rare dichotomie die we zien in meteorieten, en levert bewijs dat hiaten de samenstelling van planeten beïnvloeden."