Den kaotiske tidlige fase af solsystemet

Før Jorden og andre planeter blev dannet, var den unge sol stadig omgivet af kosmisk gas og støv. I løbet af årtusinder er der dannet stenfragmenter af forskellige størrelser af støvet. Mange af disse blev byggesten til de senere planeter. Andre blev ikke en del af en planet og kredser stadig om solen i dag, for eksempel som asteroider i asteroidebæltet.

Forskere fra ETH Zürich og National Center of Competence in Research (NCCR) PlanetS analyserede i samarbejde med et internationalt hold jernprøver fra kernerne af sådanne asteroider, der landede på Jorden som meteoritter. Derved optrevlede de en del af deres tidlige historie i den tid, hvor planeter blev dannet. Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Astronomy .

Vidner om det tidlige solsystem

"Tidligere videnskabelige undersøgelser viste, at asteroider i solsystemet har været relativt uændrede siden deres dannelse for milliarder af år siden," forklarer studieleder og forsker ved ETH Zürich og NCCR PlanetS, Alison Hunt. "De er derfor et arkiv, hvor forholdene i det tidlige solsystem er bevaret," siger Hunt.

Men for at låse op for dette arkiv var forskerne nødt til at forberede og undersøge det udenjordiske materiale grundigt. Holdet tog prøver fra 18 forskellige jernmeteoritter, som engang var en del af asteroidernes metalliske kerner. For at udføre deres analyse var de nødt til at opløse prøverne for at kunne isolere grundstofferne Palladium, Sølv og Platin til deres detaljerede analyse. Ved hjælp af et massespektrometer målte de mængder af forskellige isotoper af disse grundstoffer. Isotoper er forskellige atomer af givne grundstoffer, i dette tilfælde Palladium, Sølv og Platin, som alle deler det samme antal protoner i deres kerner, men varierer i antallet af neutroner.

I de første par millioner år af vores solsystem blev de metalliske asteroidekerner opvarmet af radioaktivt henfald af isotoper. Da de begyndte at køle af, begyndte en specifik sølvisotop produceret ved radioaktivt henfald at akkumulere. Ved at måle de nuværende sølv-isotopforhold i jernmeteoritterne kunne forskerne bestemme, både hvornår og hvor hurtigt asteroidekernerne var afkølet.

Resultaterne viste, at afkølingen var hurtig og sandsynligvis skete på grund af alvorlige sammenstød med andre kroppe, som brækkede asteroidernes isolerende klippekappe af og udsatte deres metalkerner for rummets kulde. Mens den hurtige afkøling var blevet indikeret af tidligere undersøgelser baseret på sølv-isotopmålinger, var timingen forblevet uklar.

"Vores yderligere målinger af mængder af platinisotoper gjorde det muligt for os at korrigere Silver-isotopmålingerne for forvrængninger forårsaget af kosmisk bestråling af prøverne i rummet. Så vi var i stand til at datere tidspunktet for kollisionerne mere præcist end nogensinde før," rapporterer Hunt. "Og til vores overraskelse var alle de asteroide kerner, vi undersøgte, blevet eksponeret næsten samtidigt inden for en tidsramme på 7,8 til 11,7 millioner år efter dannelsen af ​​solsystemet," siger forskeren.

De næsten samtidige kollisioner af de forskellige asteroider indikerede for holdet, at denne periode må have været en meget uafklaret fase af solsystemet. "Everything seems to have been smashing together at that time," Hunt says. "And we wanted to know why," she adds.

From the laboratory to the solar nebula

The team considered different causes by combining their results with those from the latest, most sophisticated computer simulations of the solar system development. Together, these sources could narrow down the possible explanations.

"The theory that best explained this energetic early phase of the solar system indicated that it was caused primarily by the dissipation of the so-called solar nebula," study co-author, NCCR PlanetS member and Professor of Cosmochemistry at the ETH Zurich, Maria Schönbächler explains. "This solar nebula is the remainder of gas that was left over from the cosmic cloud out of which the Sun was born. For a few million years, it still orbited the young Sun until it was blown away by solar winds and radiation," Schönbächler says

While the nebula was still around, it slowed down the objects orbiting the sun in it—similar to how air resistance slows a moving car. After the nebula had disappeared, so the researchers suggest, the lack of gas drag allowed the asteroids to accelerate and collide into each other—like bumper cars that were turned to turbo-mode.

"Our work illustrates how improvements in laboratory measurement techniques allow us to infer key processes that took place in the early solar system—like the likely time by which the solar nebula had gone. Planets like the Earth were still in the process of being born at that time. Ultimately, this can help us to better understand how our own planets were born, but also give us insights into others outside our solar system," Schönbächler concludes. + Udforsk yderligere

Stardust from red giants