Wetenschappers van de Universiteit van Rochester hebben een nieuwe theorie gepubliceerd die suggereert dat ons zonnestelsel zich mogelijk heeft gevormd in een bel van gas en stof rond een gigantische ster.

De theorie, gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, verklaart al lang bestaande mysteries rond de chemische geschiedenis en structuur van het zonnestelsel, inclusief de aanwezigheid van zeldzame isotopen in meteorieten en het bestaan ​​van waterrijke planetesimalen.

De astronomen modelleerden de omstandigheden die nodig zijn voor de vorming van planetesimalen – de kleine, rotsachtige of ijskoude lichamen die uiteindelijk planeten vormen – rond een gigantische ster, met een massa van ongeveer tweemaal de zon. Ze ontdekten dat materiaal dat vanuit de interstellaire ruimte op de schijf valt, sterk verrijkt kan worden met zeldzame isotopen door een proces dat bekend staat als foto-desintegratie, waarbij hoogenergetische straling van de ster wordt geabsorbeerd door elementen, waardoor ze protonen vrijgeven.

Deze verrijking komt overeen met de samenstelling van meteorieten die waarschijnlijk van voorbij Neptunus naar de vroege aarde zijn gebracht en later in de aardmantel zijn gerecycled.

"Meteorieten zijn onze tijdcapsules om de oorsprong en evolutie van het zonnestelsel te begrijpen", zegt hoofdauteur Emily Mace, een Ph.D. kandidaat bij het Departement Natuurkunde en Sterrenkunde.

"Deze zeldzame isotopen stellen ons in staat de chemische reis van materiaal te volgen vanaf de geboorte van ons zonnestelsel tot aan de meteorietinslagen die vroeg in de geschiedenis van de aarde waterrijke materie afzetten."

Eén mysterie dat het reuzenstermodel oplost, is het bestaan ​​van waterrijke lichamen zoals kometen voorbij Neptunus. In het meer conventionele scenario waarin het zonnestelsel zich rond een jonge zon vormt, is het moeilijk voor vluchtige soorten zoals water om te condenseren binnen de protoplanetaire schijf. In een schijf rond een reuzenster vindt de afkoeling echter zo snel plaats dat vluchtige stoffen buiten de baan van Neptunus kunnen condenseren en kunnen helpen bij het vormen van waterrijke planetesimalen en kometen.

"De aanwezigheid van waterrijke planetesimalen op grote afstanden van onze jonge zon is opwindend omdat het betekent dat de aarde niet uitsluitend afhankelijk hoefde te zijn van lokale waterbronnen - waardoor er mogelijk eerder leven kon ontstaan ​​dan eerder werd gedacht", aldus Mace.

Naarmate de ster ouder wordt en zwaardere elementen begint te versmelten, pulseert hij en stoot hij snel massa af, waardoor hij uiteindelijk verandert in een planetaire nevel. De intense straling en de stellaire wind uit deze fase verspreiden het grootste deel van het resterende gas in de binnenste schijf.

"Als je gedurende deze tijd op de oude aarde zou staan, zou je intense ultraviolette aurora's boven de polen kunnen zien en een zeer heldere ster aan de nachtelijke hemel terwijl onze gastster pulseert en sterft," zei Mace.

Hoewel bewijs voor de zeepbelhypothese ongrijpbaar blijft, gelooft het team van de Universiteit van Rochester dat toekomstige missies mogelijk nog sporen van de gigantische voorloperster kunnen ontdekken. Totdat er grote datasets met isotopische metingen van verre planetesimalen beschikbaar komen, zal de theorie zich blijven ontwikkelen door middel van gedetailleerde modellering en vergelijking met observaties van het zonnestelsel.