Meteorieten geven ons inzicht in de vroege ontwikkeling van het zonnestelsel. Met behulp van het SAPHiR-instrument bij de Research Neutron Source Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) aan de Technische Universiteit van München (TUM), een wetenschappelijk team heeft voor het eerst de vorming van een klasse steenijzermeteorieten gesimuleerd, zogenaamde pallasieten, op puur experimentele basis.

"Pallasieten zijn de optisch mooiste en meest ongewone meteorieten, " zegt Dr. Nicolas Walte, de eerste auteur van de studie, met enthousiaste stem. Ze behoren tot de groep van steenachtige ijzermeteorieten en bestaan ​​uit groene olivijnkristallen ingebed in nikkel en ijzer. Ondanks tientallen jaren van onderzoek, hun exacte oorsprong bleef in nevelen gehuld.

Om deze puzzel op te lossen, Dr. Nicolas Walter, een instrumentwetenschapper aan het Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) in Garching, samen met collega's van het Beierse Geo-instituut aan de Universiteit van Bayreuth en de Royal Holloway University of London, onderzocht het proces van pallasietvorming. In een eerste, ze slaagden erin om de structuren van alle soorten pallasieten experimenteel te reproduceren.

Inzet van het SAPHiR-instrument

Voor zijn experimenten, het team gebruikte de SAPHiR-multi-aambeeldpers die onder leiding van prof. Hans Keppler van het Beierse Geo-instituut bij de MLZ was opgezet en de vergelijkbare MAVO-pers in Bayreuth. Hoewel neutronen uit de FRM II nog niet in SAPHiR zijn ingevoerd, experimenten onder hoge druk en bij hoge temperaturen kunnen al worden uitgevoerd.

"Met een perskracht van 2400 ton, SAPHiR kan een druk van 15 gigapascal (GPa) uitoefenen op monsters bij meer dan 2000 °C, " legt Walte uit. "Dat is het dubbele van de druk die nodig is om grafiet in diamant om te zetten." Om de botsing van twee hemellichamen te simuleren, het onderzoeksteam vereiste een druk van slechts 1 GPa bij 1300 ° C.

Hoe worden pallasieten gevormd?

Tot voor kort, pallasieten werden verondersteld te vormen op de grens tussen de metalen kern en de rotsachtige mantel van asteroïden. Volgens een alternatief scenario, pallasieten vormen zich dichter bij het oppervlak na de botsing met een ander hemellichaam. Tijdens de inslag vermengt gesmolten ijzer uit de kern van het botslichaam zich met de olivijnrijke mantel van het moederlichaam.

De uitgevoerde experimenten hebben deze impacthypothese nu bevestigd. Een andere voorwaarde voor de vorming van pallasieten is dat de ijzeren kern en de rotsmantel van de asteroïde vooraf gedeeltelijk zijn gescheiden.

Dit alles gebeurde kort na hun vorming, ongeveer 4,5 miljard jaar geleden. Tijdens deze fase, de asteroïden warmden op totdat de dichtere metalen componenten smolten en naar het midden van de hemellichamen zonken.

De belangrijkste bevinding van de studie is dat beide processen - de gedeeltelijke scheiding van kern en mantel, en de daaropvolgende impact van een ander hemellichaam - zijn vereist om pallasieten te vormen.

Inzichten in de oorsprong van het zonnestelsel

"Over het algemeen, meteorieten zijn de oudste direct toegankelijke bestanddelen van ons zonnestelsel. De leeftijd van het zonnestelsel en zijn vroege geschiedenis worden voornamelijk afgeleid uit het onderzoek van meteorieten, ’ legt Walet uit.

"Zoals veel asteroïden, de aarde en de maan zijn gelaagd in meerdere lagen, bestaande uit kern, mantel en korst, " zegt Nicolas Walte. "Op deze manier, complexe werelden werden gecreëerd door de agglomeratie van kosmisch puin. In het geval van de aarde, dit legde uiteindelijk de basis voor het ontstaan ​​van het leven."

De hogedrukexperimenten en de vergelijking met pallasieten benadrukken belangrijke processen die plaatsvonden in het vroege zonnestelsel. De experimenten van het team bieden nieuwe inzichten in de botsing en materiaalvermenging van twee hemellichamen en de daaropvolgende snelle afkoeling samen. Dit zal in toekomstige studies in meer detail worden onderzocht.