Rejtélyes meteoritok csapódnak a Földbe

A korai Naprendszerben lehetett egy titokzatos hézag a Naphoz közelibb és attól távolibb régiók között – legalábbis a meteoritok anyagának mágnesezettsége erről árulkodik. Talán az ifjú Jupiter keltette, talán a mágneses szél, de mindenképp befolyásolta a bolygók összetételét.

A korai Naprendszerben a Nap körül egy porból és gázból álló úgynevezett protoplanetáris korong keringett, amelyből idővel a ma ismert bolygók anyaga összesűrűsödött. A Massachusetts Institute of Technology (MIT) és más együttműködő intézetek tudósainak legújabb elemzése azt sugallja, hogy nagyjából 4 milliárd 567 millió évvel ezelőtt egy rejtélyes rés tátonghatott ezen a korongon annak a régiónak a környékén, ahol ma az aszteroidák övét találjuk. A csoport Science Advances folyóiratban megjelentetett közleménye közvetlen bizonyítékokat szolgáltat e hézag valahai létezésére.

„Az elmúlt évtized megfigyelései rendre alátámasztották azt az elképzelést, hogy a fiatal csillagok körüli korongban gyakoriak a lyukak, hézagok és gyűrűk – fejtette ki Benjamin Weiss, az MIT Föld-, Légkör- és Bolygótudományi Tanszékének bolygótudomány tanára. –

Ezek fontos, de kevéssé értett tanújelei azoknak a fizikai folyamatoknak, amelyek során a gáz és a por a fiatal nap és bolygók anyagába beépül."

Egy protoplanetáris korong művészi képe ESO

A mi Naprendszerünk esetében sincs pontos ismeretünk arról, miért állhatott elő hézag a protoplanetáris korongban. Az egyik lehetséges magyarázat szerint a Jupiter szólhatott bele a dolgok alakulásába. Ahogy a gázóriás formát öltött, roppant gravitációs ereje a gázt és port a Naprendszer külterületei felé lökhette, és így keletkezhetett a rés a korong anyagában. A másik lehetőség az, hogy a korong felszínéről eredő szelek hajtották a folyamatot. Az alakuló naprendszereket erőteljes mágneses terek hatják át. Amikor ezek a mezők egy forgó gáz- és porkoronggal kölcsönhatnak, olyan erős szeleket hozhatnak létre, amelyek kifújják az anyagot, s ezzel rést hagynak hátra.

Bárhogy keletkezett is, a korai Naprendszerben tátongó hézag egyfajta kozmikus gátként szolgált, amely megakadályozta a két oldalán elterülő anyagtömegek közötti kölcsönhatást.

Ez a fizikai szétválás jelentősen beleszólhatott a Naprendszer bolygóinak anyagösszetételébe.

A gát innenső oldalán például a gáz és por földszerű kőzetbolygókká tömörödött, mint amilyen maga a Föld vagy a Mars, a távoli, jeges vidékekre szorult anyagból pedig a Jupiter és gázóriás-szomszédai alakultak ki.

„Egy ilyen rést elég nehéz átugrani. Egy bolygónak például jelentős külső perdületre és lendületre lenne hozzá szüksége – magyarázta Cauê Borlina doktorandusz, a cikk vezető szerzője. –

Ez tehát bizonyítja, hogy bolygóink kialakulása a Naprendszer egyes körülhatárolható régióihoz volt kötve."

Forrás: NASA

Az elmúlt évtized során a kutatók sajátos megoszlást figyeltek meg a Földre érkező meteoritok anyagösszetételében. Ezek az űrben bolyongó kövek eredetileg más és más helyeken jöttek létre a formálódó Naprendszerben. Amennyit csak elemeztek közülük, azok túlnyomó többségben kétféle izotópkombináció valamelyikét mutatták, és csak nagyon ritkán a kettő keverékét. Ezt a rejtélyt „izotóp-dichotómia" néven emlegeti a szakma.

A tudósok korábban már felvetették, hogy a korai Naprendszer korongjában fennálló rés magyarázhatja ezt a dichotómiát, de közvetlen bizonyítékot mindeddig nem találtak a rés létezésére. Weiss csoportja a meteoritok elemzése során ősi mágneses mezők nyomait kutatja. Minden fiatal, formálódó bolygórendszer mágneses mezőt hordoz, melynek erőssége és iránya a fejlődő korongban zajló különböző folyamatokra reagálva változhat. Ahogy az ősi por elkezdett a kondruláknak nevezett szemcsékbe tömörülni, a kondrulákban lévő elektronok az őket körülvevő mágneses mezőnek megfelelően álltak be.

Forrás: NASA-JPL/Caltech

A kondrulák átmérője az emberi hajszálnál is kisebb lehet, és a mai meteoritokban is megtalálhatók. Weiss csoportjának specialitása e meteoritokba ágyazott kondrulák mérése, minek segítségével leírhatóvá válnak a kondrulák keletkezésekor fennálló mágneses mező tulajdonságai. Korábbi munkájuk során Weiss és munkatársai az egyik fajta izotópmegoszlással jellemezhető ún. nemszenes meteoritokat elemezték. Ezekről a kőzetekről úgy tartják, hogy a korai Naprendszer rezervoárnak nevezett, a Naphoz viszonylag közeli régiójából származnak. Az új tanulmányban a kutatók arra voltak kíváncsiak, hogy vajon a másik típusú, ún. szenes meteoritoknak, amelyek izotópösszetételük alapján vélhetően a Naprendszer külsőbb területeiről erednek, vajon ugyanolyan-e a mágneses beállítódásuk.

A tudósok az Antarktiszról elhozott két szenes meteoritból elemeztek jó néhány, egyenként nagyjából 100 mikron átmérőjű kondrulát. Egy szupravezető kvantuminterferencia-eszköz – röviden SQUID – segítségével, ami egyfajta nagy pontosságú mágneses mikroszkóp, a csoport meghatározta valamennyi kondrula eredeti, ősi mágneses mezejét.

Meglepetésükre azt találták, hogy mezejük erősebb, mint a Naphoz közelebbi régióból származó nemszenes meteoritoké.

Forrás: Kenrick Turner

Ez azért volt váratlan, mert a tudósok rendszerint arra számítanak, hogy egy bolygórendszerben a mágneses mező erőssége a naptól távolodva csökken. Ezzel szemben Borlina és kollégái azt találták, hogy a távoli kondrulák mágneses mezeje erősebb, 100 mikrotesla körüli, mint a közelebbieké, ami 50 mikrotesla körülinek adódott. Összehasonlításképpen a mai Föld mágneses mezeje nagyjából 50 mikrotesla erősségű.

Egy bolygórendszer mágneses mezejének erőssége jól jellemzi az ún. akkréciós rátáját, vagyis azt, hogy az idő előrehaladtával mennyi gázt és port tud a középpontjába vonzani. A szenes kondrulák mágneses mezejéből kiindulva a Naprendszer külső régiójának jóval nagyobb tömeget kellett tudnia akkretálni, mint a belső régiónak. Különböző lehetséges forgatókönyvek számítógépes modellezésével a csoport arra a következtetésre jutott, hogy az akkréciós ráták közötti különbség legvalószínűbb magyarázata az, ha létezett egy hézag a külső és a belső régiók között, ami korlátozta a gáz és por áramlását a Nap irányából a külső régiók felé.

„Az effajta hézagok közönségesen előfordulnak a formálódó bolygórendszerekben, és mi most azt mutattuk meg, hogy a mi Naprendszerünkben is létezett ilyen – nyilatkozta Borlina. –

Ez magyarázatot ad a meteoritokban észlelt furcsa dichotómiára, és bizonyítja, hogy a hézagok befolyásolják a bolygók anyagösszetételét."