Het verhaal van de oorsprong van ons zonnestelsel is vrij goed bekend. Het gaat als volgt:de zon begon meer dan 4,5 miljard jaar geleden als een protoster in zijn "zonnenevel". In de loop van enkele miljoenen jaren kwamen de planeten uit deze nevel en verdween deze. Natuurlijk zit de duivel in de details. Hoe lang duurde bijvoorbeeld precies de protoplanetaire schijf die de planeten heeft voortgebracht? Een recent artikel ingediend bij het Journal of Geophysical Research neemt de planetaire geboortecrèche onder de loep. Het laat vooral zien hoe het magnetisme van meteorieten het verhaal helpt vertellen.

Over die zonnenevel

Zo'n 5 miljard jaar geleden was onze buurt van de melkweg een nevel gemaakt van waterstofgas en wat stof. Dat leverde de kiemen op van wat ons zonnestelsel werd. Op de een of andere manier begon een deel van deze moleculaire wolk samen te klonteren. Misschien zond een passerende ster schokgolven en rimpelingen door het stof en zorgde ervoor dat het samendrukte. Of misschien deed een nabijgelegen supernova de daad. Wat er ook gebeurde, het begon het geboorteproces van de protoster die uiteindelijk de zon werd.

Tijdens het geboorteproces ging de babyzon in zijn geboortecrêche door de zogenaamde T Tauri-fase. Het blies extreem hete winden gevuld met protonen en neutrale heliumatomen de ruimte in. Tegelijkertijd viel een deel van het materiaal nog steeds op de ster.

Terwijl dat allemaal gebeurde, was de wolk in beweging en werd hij plat als een pannenkoek. Zie het als een accretieschijf die materiaal naar het centrum voedt waar de ster zich aan het vormen was. Het was niet alleen gevuld met de zaden van planeten, maar het was ook voorzien van een magnetisch veld. Op deze actieve schijf zijn de planeten gevormd. Ze begonnen als klompjes stof, die aan elkaar plakten om kiezelstenen te worden. Die rotsen stortten samen en vormden steeds grotere conglomeraties die planetesimalen worden genoemd. Die botsen op hun beurt en vormen planeten. Dat is de samenvatting van de vorming van het zonnestelsel. Maar om meer details te krijgen, moeten wetenschappers wat meer graven.

Gesteenten uit de zonnenevel bestuderen

Wat gebeurde er met de rest van de nevel nadat de planeten waren geboren? In 2017 rapporteerden planetaire wetenschapper Huapei Wang en medewerkers over hun studies van meteorieten uit die tijd. Ze ontdekten dat de zonnenevel ongeveer vier miljoen jaar na de vorming van het zonnestelsel was verdwenen.

Een team van wetenschappers, onder leiding van Cauê S. Borlina van de Johns Hopkins University en MIT, vroeg zich af of het systeem in één keer leeg was. Of gebeurde het over twee verschillende tijdschalen? Om dat te beantwoorden, wendde het team zich tot een kenmerk dat 'paleomagnetisme van zonnenevels' wordt genoemd. Dat is een mooie manier om te zeggen dat er een magnetisch veld in de nevel was. Meteoroïden die destijds in de nevel werden gevormd (koolstofchondrieten genoemd) bevatten afdrukken van dat veld. Borlina en het team speculeerden dat er één tijdschema was voor het binnenste zonnestelsel en één voor de buitenste regio's. Maar hoe kom je er zeker van wat dat tijdschema was? Die afdrukken van het magnetische veld bevatten enkele aanwijzingen.

De rotsen die zich in de nevel hebben gevormd, zouden een magnetische afdruk moeten vertonen die de magnetische velden op dat moment weerspiegelt. Die gevormd nadat de nevel was opgeruimd, zou niet veel (of enige) magnetische vingerafdruk vertonen. Ze zouden het magnetisme (of het gebrek daaraan) van die tijd en plaats vastleggen.

Magnetisme in oergesteenten

Borlina's team bestudeerde meteorieten die eind 1977/78 en 2008 op Antarctica werden gevonden. Die rotsen zijn gemaakt van een oermateriaal genaamd "koolstofhoudend chondriet" dat vroeg in de geschiedenis van het zonnestelsel werd gevormd. Het team concentreerde zich op magnetiet (een ijzeroxidemineraal) dat in elk monster wordt aangetroffen. Magnetiet "registreert" wat "remanente magnetisatie" wordt genoemd, opgelegd door de aanwezigheid van het lokale veld. Vervolgens vergeleken ze met andere paleomagnetische studies van bepaalde rotsen die "angrites" worden genoemd en die niet gemagnetiseerd waren. Vermoedelijk zijn deze gevormd nadat de zonnenevel (en zijn intrinsieke magnetische velden) was verdwenen.

De verdere analyse gaf een tijdsbestek voor het opruimen van het binnenste en buitenste zonnestelsel. Voor het binnengebied (1-3 AU, van ruwweg de baan van de aarde tot de buitenste limiet van de asteroïdengordel), ontdekte het team dat de dissipatie van de nevel ongeveer 3,7 miljoen jaar na de vorming van het zonnestelsel plaatsvond. Het buitenste zonnestelsel had nog 1,5 miljoen jaar nodig om te verdwijnen.

Dat komt overeen met de eerdere schatting van ongeveer 4 miljoen jaar voor de volledige sweep. De volgende stap zal zijn om preciezere leeftijden van meteorieten in het algemeen te krijgen. Dat zou wetenschappers moeten helpen om wat meer duidelijke beperkingen op te leggen aan de daadwerkelijke dissipatietijdlijn. Het team wil met name meer experimenteel werk doen aan magnetietmonsters in verschillende families van deze chondrieten. Zo kunnen ze precies achterhalen wanneer de rotsen de afdrukken van magnetische velden hebben gekregen.

Gevolgen voor andere zonnestelsels

Het idee om stenen te gebruiken om de zonnenevel en zijn dissipatie te dateren, heeft gevolgen voor protoplanetaire schijven rond andere sterren. Het suggereert dat de meeste van dergelijke schijven een evolutie in twee tijdschalen doormaken. Koppel dat aan eerder werk dat aantoont dat protoplanetaire schijven substructuren hebben, en we hebben nu meer inzicht in de chaotische omstandigheden kort na de geboorte van onze zon en planeten. + Verder verkennen

Hubble ontdekt vlam Nevel's verschroeiende sterren kunnen planeetvorming stoppen