Za Jowiszem odkryliśmy fabrykę planet. To może być nasza „stolica”

Naukowcy uważają, iż wypełniony pyłem pierścień tuż za Jowiszem działał jak kosmiczna fabryka planet, produkując wiele generacji wczesnych skał kosmicznych o bardzo zróżnicowanym składzie. Odkrycie to może ostatecznie wyjaśnić pochodzenie kilku tajemniczych typów meteorytów, które przetrwały od narodzin Układu Słonecznego.

Ziemia regularnie obrywa odłamkami z przeszłości. Choć większość meteorytów traktujemy jako kosmiczne ciekawostki, dla astronomów są one czymś w rodzaju geologicznego zapisu DNA naszego Układu Słonecznego. Przez lata jedna kwestia spędzała im jednak sen z powiek – jak to możliwe, iż w tym samym czasie i rzekomo w tym samym miejscu powstały skały o tak skrajnie różnej strukturze i składzie?

Kosmiczny odkurzacz i niewidzialna zapora Jowisza

Około 4,6 mld lat temu młode Słońce było otoczone masywnym dyskiem gazu i pyłu. Z czasem drobne ziarenka pyłu zderzały się ze sobą i sklejały, tworząc ostatecznie większe, skaliste obiekty zwane planetozymalami. Planetozymal to małe ciało niebieskie o średnicy od kilkuset metrów do kilkudziesięciu kilometrów, zbudowane ze skały, pyłu i lodu. Stanowi podstawowy budulec i zalążel planetoid, planet i księżyców.

Kluczowy moment dla ich ostatecznej formy nastąpił jednak około dwa do czterech milionów lat później. Jowisz urósł już wtedy na tyle, iż zaczął dosłownie wyjadać materię ze swojej okolicy, tworząc w otaczającym dysku potężną lukę.

Ten gwałtowny proces wywołał niespodziewany efekt uboczny. Tuż za orbitą gazowego olbrzyma powstał pierścień o znacznie wyższym ciśnieniu gazu. Zadziałał on jak gigantyczna, kosmiczna pułapka, która zaczęła masowo wychwytywać dryfujący pył i mniejsze skupiska materii, zwane przez astronomów kamykami. Choć wcześniejsze teorie sugerowały, iż takie strefy sprzyjały szybkiemu powstawaniu planetoid, naukowcy nie byli pewni, czy jedno miejsce mogło produkować tak zróżnicowane obiekty przez dłuższy czas. Nowe badanie udowadnia, iż tak właśnie było.

Tuż za orbitą Jowisza uformował się pierścieniowy obszar wysokiego ciśnienia gazu. W tej pułapce pyłowej przez kilka milionów lat mogły powstawać planetozymale o różnym składzie chemicznym. Ilustracja: MPS / hormesdesign.de

Naukowcy z Instytutu Badań Układu Słonecznego im. Maxa Plancka (MPS) w Niemczech twierdzą, iż zidentyfikowali jeden z najważniejszych obszarów formowania się planet w Układzie Słonecznym. Według nowego badania opublikowanego w czasopiśmie The Astrophysical Journal , obszar w kształcie pierścienia tuż za orbitą Jowisza działał jako zarówno wydajne, jak i niezwykle wszechstronne siedlisko planetozymali.

Wykorzystując symulacje komputerowe, zespół odkrył, iż w ciągu około dwóch milionów lat w tym regionie powstawały planetozymale o bardzo zróżnicowanym składzie.

Różne typy planetozymali najwyraźniej powstawały w tym samym regionie wczesnego dysku pyłowo-gazowego, tylko w różnym czasie. Region tuż za orbitą Jowisza oferował do tego doskonałe warunki – powiedziała Joanna Drążkowska, kierownik grupy zajmującej się formowaniem się planet.

Więcej na Spider’s Web:

Te skały pamiętają narodziny planet

Głównym celem naukowców było wyjaśnienie zagadki chondrytów węglistych. To wyjątkowo bogate w węgiel meteoryty, które, jak wykazały wcześniejsze badania laboratoryjne, narodziły się właśnie w rejonach położonych poza orbitą Jowisza. Problem polegał na tym, iż znajdowane na Ziemi próbki różnią się od siebie tak bardzo, iż badacze musieli podzielić je aż na sześć odrębnych grup.

Niektóre z nich są niezwykle kruche i zbudowane z drobnego materiału pyłowego, podczas gdy inne okazują się twarde i zawierają wyraźne, duże inkluzje mineralne, które powstawały pierwotnie w znacznie cieplejszych obszarach blisko Słońca.

Chondryty węgliste mogą wyglądać bardzo różnie. Niektóre, takie jak meteoryt Allende pokazany po lewej stronie, zawierają dużą ilość wyraźnie rozpoznawalnych inkluzji. ​​Inne, takie jak meteoryt Ivuna (po prawej), składają się niemal wyłącznie z drobnoziarnistego, kruchego materiału. Kapsułka pokazana tutaj ma zaledwie około centymetra długości i zawiera kilka ziaren tego niezwykle rzadkiego meteorytu. Fot. MPS / T. Klawunn

Zespół kierowany przez Joannę Drążkowską udowodnił, iż ta różnorodność to nie efekt pochodzenia z różnych, odległych zakątków kosmosu, ale kwestia czasu. Region tuż za Jowiszem oferował doskonałe, choć dynamicznie zmieniające się warunki. Ta sama pułapka pyłowa produkowała kolejne generacje ciał niebieskich przez miliony lat, a struktura rodzących się planetozymali zależała po prostu od tego, w którym momencie rozpoczęły one swój wzrost.

Po raz pierwszy udało nam się dokładnie odtworzyć wyniki badań laboratoryjnych meteorytów dzięki symulacji komputerowych wczesnego Układu Słonecznego. Meteoryty służą, iż tak powiem, jako punkt odniesienia dla teorii powstawania planet – powiedział dyrektor MPS Thorsten Kleine.

Tajemnica wreszcie rozwiązana

Modele zespołu śledziły zarówno mikroskopijne zderzenia cząstek, jak i ruchy na dużą skalę w ogromnym dysku gazowym. Cząsteczki mogły się rozpadać, sklejać, dryfować w kierunku Słońca lub zostać uwięzione w określonych obszarach.

Symulacje wykazały, iż Jowisz stanowił silniejszą barierę dla większych i trwalszych cząstek niż dla mniejszych ziaren pyłu. Jednocześnie formowanie się nowych planetozymali stopniowo zużywało część dostępnego materiału.

W miarę upływu milionów lat, te połączone efekty spowodowały, iż poza orbitą Jowisza gromadziły się w różnych proporcjach dwa rodzaje materii. Ta zmieniająca się równowaga ostatecznie doprowadziła do powstania wyraźnie odrębnych pokoleń planetozymali.

W ciągu pierwszych 500 000 lat ilość rozdrobnionego materiału spadała, by następnie ponownie wzrosnąć w ciągu kolejnych milionów lat. Później pojawiły się dwie odrębne populacje planetozymali: jedna zbudowana głównie z kruchego materiału, a druga zdominowana przez materię bardziej stabilną.

Opierając się na wynikach swoich badań, naukowcy podejrzewają, iż oprócz chondrytów węglistych w tej samej pułapce pyłowej mogły powstać również inne typy meteorytów, na jeszcze wcześniejszych etapach historii Układu Słonecznego.