Cztery i pół miliarda lat temu nasz Układ Słoneczny był chmurą gazu i pyłu wirującą wokół Słońca, aż gaz zaczął się kondensować i akreować wraz z pyłem, tworząc asteroidy i planety. Jak wyglądał ten kosmiczny żłobek, znany jako dysk protoplanetarny, i jaką miał strukturę? Astronomowie mogą używać teleskopów, aby „widzieć” dyski protoplanetarne daleko od naszego znacznie bardziej dojrzałego Układu Słonecznego, ale niemożliwe jest zaobserwowanie, jak nasz mógł wyglądać w powijakach – tylko obcy oddalony o miliardy lat świetlnych byłby w stanie to zobaczyć jest tak jak kiedyś.
Na szczęście przestrzeń kosmiczna dostarczyła kilka wskazówek – fragmenty obiektów, które powstały na początku historii Układu Słonecznego i przebiły się przez ziemską atmosferę, zwanych meteorytami. Skład meteorytów opowiada historie o narodzinach Układu Słonecznego, ale historie te często rodzą więcej pytań niż odpowiedzi.
W artykule opublikowanym w Proceedings of the National Academy of Sciences zespół planetologów z UCLA i Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory donosi, że metale ogniotrwałe, które kondensują w wysokich temperaturach, takie jak iryd i platyna, były bardziej obfite w powstających meteorytach na zewnętrznym dysku, który był zimny i daleko od słońca. Metale te powinny powstać blisko słońca, gdzie temperatura była znacznie wyższa. Czy istniała droga, która przenosiła te metale z dysku wewnętrznego na zewnętrzny?
Większość meteorytów powstała w ciągu pierwszych kilku milionów lat historii Układu Słonecznego. Niektóre meteoryty, zwane chondrytami, to niestopione zlepki ziaren i pyłu pozostałe po powstaniu planet. Inne meteoryty doświadczyły wystarczającej ilości ciepła, aby stopić się podczas formowania się ich macierzystych asteroid. Kiedy te asteroidy się stopiły, część krzemianowa i metaliczna oddzieliły się ze względu na różnicę w gęstości, podobnie jak woda i olej nie mieszają się.
Obecnie większość asteroid znajduje się w grubym pasie pomiędzy Marsem a Jowiszem. Naukowcy uważają, że grawitacja Jowisza zakłóciła bieg tych asteroid, powodując, że wiele z nich zderzało się ze sobą i rozpadało. Kiedy kawałki tych asteroid spadają na Ziemię i są odzyskiwane, nazywane są meteorytami.
Meteoryty żelazne pochodzą z metalicznych jąder najwcześniejszych asteroid, starszych niż jakiekolwiek inne skały i ciała niebieskie w naszym Układzie Słonecznym. Żelazka zawierają izotopy molibdenu, które wskazują wiele różnych miejsc na dysku protoplanetarnym, w którym uformowały się te meteoryty. Dzięki temu naukowcy mogą dowiedzieć się, jaki był skład chemiczny dysku w początkach.
Poprzednie badania z wykorzystaniem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array w Chile pozwoliły odkryć wiele dysków wokół innych gwiazd, które przypominają koncentryczne pierścienie, niczym tarcza do gry w rzutki. Pierścienie tych dysków planetarnych, takich jak HL Tau, są oddzielone fizycznymi przerwami, więc tego rodzaju dysk nie mógłby zapewnić drogi transportu metali ogniotrwałych z dysku wewnętrznego na zewnętrzny.
W nowym artykule stwierdzono, że nasz dysk słoneczny prawdopodobnie na samym początku nie miał struktury pierścieniowej. Zamiast tego nasz dysk planetarny wyglądał bardziej jak pączek, a asteroidy z metalowymi ziarnami bogatymi w iryd i platynę migrowały do dysku zewnętrznego w miarę jego gwałtownego rozszerzania się.
Ale to postawiło badaczy przed kolejną zagadką. Po rozszerzeniu dysku grawitacja powinna była wciągnąć te metale z powrotem w stronę Słońca. Ale tak się nie stało.
„Kiedy Jowisz się uformował, najprawdopodobniej otworzył fizyczną szczelinę, która uwięziła iryd i platynę w dysku zewnętrznym i uniemożliwiła im wpadnięcie w Słońce” – powiedział pierwszy autor Bidong Zhang, planetolog z UCLA. „Metale te zostały później włączone do asteroid, które utworzyły się na dysku zewnętrznym. To wyjaśnia, dlaczego meteoryty powstałe na dysku zewnętrznym – chondryty węglowe i meteoryty żelazne typu węglowego – mają znacznie wyższą zawartość irydu i platyny niż ich odpowiedniki z dysku wewnętrznego. “
Zhang i jego współpracownicy wykorzystali wcześniej meteoryty żelazne do rekonstrukcji rozkładu wody w dysku protoplanetarnym.
„Meteoryty żelazne to ukryte klejnoty. Im więcej dowiadujemy się o meteorytach żelaznych, tym bardziej odkrywają one tajemnicę narodzin naszego Układu Słonecznego” – powiedział Zhang.