Den kaotiske tidlige fasen av solsystemet

Før jorden og andre planeter ble dannet, var den unge solen fortsatt omgitt av kosmisk gass og støv. I løpet av årtusenene har det dannet seg steinfragmenter av forskjellige størrelser fra støvet. Mange av disse ble byggesteiner for de senere planetene. Andre ble ikke en del av en planet og går fortsatt i bane rundt solen i dag, for eksempel som asteroider i asteroidebeltet.

Forskere fra ETH Zürich og National Centre of Competence in Research (NCCR) PlanetS har i samarbeid med et internasjonalt team analysert jernprøver fra kjernene til slike asteroider som landet på jorden som meteoritter. Ved å gjøre det nøste de opp en del av sin tidlige historie i løpet av tiden da planeter dannet. Funnene deres ble publisert i tidsskriftet Natur astronomi.

Vitner fra det tidlige solsystemet

“Tidligere vitenskapelige studier viste at asteroider i solsystemet har holdt seg relativt uendret siden de ble dannet for milliarder av år siden,” forklarer studieleder og forsker ved ETH Zürich og NCCR PlanetS, Alison Hunt. “De er derfor et arkiv der forholdene til det tidlige solsystemet er bevart,” sier Hunt.

Men for å låse opp dette arkivet, måtte forskerne forberede og undersøke det utenomjordiske materialet grundig. Teamet tok prøver fra 18 forskjellige jernmeteoritter, som en gang var en del av de metalliske kjernene til asteroider. For å utføre analysen deres, måtte de løse opp prøvene for å kunne isolere grunnstoffene Palladium, Sølv og Platina for deres detaljerte analyse. Ved hjelp av et massespektrometer målte de mengder av forskjellige isotoper av disse grunnstoffene. Isotoper er distinkte atomer av gitte grunnstoffer, i dette tilfellet Palladium, Sølv og Platina, som alle deler samme antall protoner i kjernene, men varierer i antall nøytroner.

I de første millioner årene av vårt solsystem ble de metalliske asteroidekjernene varmet opp av radioaktivt forfall av isotoper. Da de begynte å kjøle seg ned, begynte en spesifikk sølvisotop produsert av radioaktivt forfall å samle seg. Ved å måle dagens sølv-isotopforhold i jernmeteorittene, kunne forskerne bestemme både når og hvor raskt asteroidekjernene hadde avkjølt seg.

Resultatene viste at avkjølingen var rask og sannsynligvis skjedde på grunn av alvorlige kollisjoner i andre kropper, som brøt av den isolerende steinete mantelen til asteroidene og utsatte metallkjernene deres for kulden i verdensrommet. Mens den raske avkjølingen hadde blitt indikert av tidligere studier basert på sølvisotopmålinger, hadde tidspunktet forblitt uklart.

“Våre ekstra målinger av platina-isotopforekomster tillot oss å korrigere Silver isotopmålingene for forvrengninger forårsaket av kosmisk bestråling av prøvene i rommet. Så vi var i stand til å datere tidspunktet for kollisjonene mer nøyaktig enn noen gang før,” rapporterer Hunt. “Og til vår overraskelse hadde alle de asteroide kjernene vi undersøkte blitt eksponert nesten samtidig, innenfor en tidsramme på 7,8 til 11,7 millioner år etter dannelsen av solsystemet,” sier forskeren.

De nesten samtidige kollisjonene av de forskjellige asteroidene indikerte for teamet at denne perioden må ha vært en veldig ustabil fase av solsystemet. “Alt ser ut til å ha smadret sammen på den tiden,” sier Hunt. “Og vi ville vite hvorfor,” legger hun til.

Fra laboratoriet til soltåken

Teamet vurderte forskjellige årsaker ved å kombinere resultatene med resultatene fra de nyeste, mest sofistikerte datasimuleringene av solsystemets utvikling. Sammen kan disse kildene begrense de mulige forklaringene.

“Teorien som best forklarte denne energiske tidlige fasen av solsystemet indikerte at den først og fremst var forårsaket av spredningen av den såkalte soltåken,” medforfatter av studien, medlem av NCCR PlanetS og professor i kosmokjemi ved ETH Zürich, Maria Schönbächler forklarer. “Denne soltåken er resten av gassen som ble til overs fra den kosmiske skyen som solen ble født av. I noen få millioner år kretset den fortsatt rundt den unge solen til den ble blåst bort av solvinder og stråling,” Schönbächler sier

Mens tåken fortsatt var rundt, bremset den objektene som kretser rundt solen i den – på samme måte som luftmotstanden bremser en bil i bevegelse. Etter at tåken hadde forsvunnet, slik forskerne antyder, tillot mangelen på gassmotstand asteroidene å akselerere og kollidere inn i hverandre – som støtfangerbiler som ble slått til turbo-modus.

“Vårt arbeid illustrerer hvordan forbedringer i laboratoriemåleteknikker lar oss utlede nøkkelprosesser som fant sted i det tidlige solsystemet – som det sannsynlige tidspunktet da soltåken hadde gått. Planeter som Jorden var fortsatt i ferd med å bli født på den tiden. Til syvende og sist kan dette hjelpe oss til å bedre forstå hvordan våre egne planeter ble født, men også gi oss innsikt i andre utenfor vår solsystemet“, avslutter Schönbachler.

---

---