Namotajte kozmički sat nekoliko milijardi godina unatrag i naš je Sunčev sustav izgledao puno drugačije nego danas. Prije otprilike 4,5 milijardi godina, mlado Sunce je sjalo slično kao sada, iako je bilo malo manje. Umjesto da bude okružen planetima, bio je ukovitlan diskom plina i prašine. Taj disk se naziva protoplanetarni disk i na njemu su se planeti na kraju formirali.
Postojao je uočljiv jaz u protoplanetarnom disku ranog Sunčevog sustava, između mjesta na kojem se sada nalaze Mars i Jupiter i gdje se nalazi moderni asteroidni pojas. Što je točno uzrokovalo taj jaz, misterij je, ali astronomi misle da je to znak procesa koji su upravljali formiranjem planeta.
Skupina znanstvenika objavila je rad koji opisuje otkriće ovog drevnog jaza. Glavni autor je Cauê Borlina, dr. sc. student na Odsjeku za Zemljine, atmosferske i planetarne znanosti (EAPS) na Massachusetts Institute of Technology (MIT). Naslov rada je “ Paleomagnetski dokazi za podstrukturu diska u ranom Sunčevom sustavu .” Objavljeno je u časopisu Science Advances.
Zahvaljujući objektima kao što su Atacama veliki milimetarski/podmilimetarski niz (ALMA), astronomi postaju sve bolji u promatranju mlađih solarnih sustava koji još uvijek imaju protoplanetarne diskove i koji još uvijek formiraju planete. Često imaju uočljive praznine i prstenove koji su dokaz stvaranja planeta. Ali kako to točno sve funkcionira, još uvijek je misterij.
'Tijekom posljednjeg desetljeća, zapažanja su pokazala da su šupljine, praznine i prstenovi česti u diskovima oko drugih mladih zvijezda', kaže Benjamin Weiss, koautor studije i profesor planetarnih znanosti na MIT-ovom Odsjeku za Zemljine, atmosferske i planetarne znanosti ( EAPS). 'Ovo su važni, ali slabo shvaćeni potpisi fizičkih procesa kojima se plin i prašina pretvaraju u mlado sunce i planete.'
Ova ALMA slika protoplanetarnog diska oko obližnje mlade zvijezde TW Hydrae otkriva prstenove i praznine u mladim diskovima. Zasluge: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Dokazi za prazninu u protoplanetarnom disku našeg Sunčevog sustava prije nekih 4,5 milijardi godina potječu iz proučavanja meteorita.
Magnetska polja Sunčevog sustava utjecala su na strukturu meteorita. Paleomagnetizam je oblikovao sićušne stijene u protoplanetarnom disku zvane hondrule. Hondrule su rastopljeni ili djelomično otopljeni komadi okrugle stijene koji su se narasli na vrstu meteorita zvanog hondriti. A hondriti su neke od najstarijih stijena u Sunčevom sustavu.
Kako su se hondrule hladile, zadržale su zapis o magnetskim poljima u to vrijeme. Ta se magnetska polja mijenjaju tijekom vremena kako se protoplanetarni disk razvija. Orijentacija elektrona u hondrulama različita je ovisno o prirodi magnetskih polja u tom trenutku. Zajedno, sve te hondrule u svim tim hondritima pričaju priču.
Ovo je slika hondrita po imenu NWA 869 (Sjeverozapadna Afrika 869) pronađenog u pustinji Sahare 2000. godine. Na licu reza su vidljiva i metalna zrna i hondrule. Zasluge slike: H. Raab (Korisnik: Vesta) – Vlastiti rad, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=226918
U ovoj studiji grupa je analizirala hondrule iz dva karbonska meteorita otkrivena na Antarktiku. Koristili su uređaj nazvan SQUID, ili Scanning superconducting Quantum Interference Device. LIGNJE je magnetometar visoke osjetljivosti visoke rezolucije koji se koristi na geološkim uzorcima. Tim je koristio SQUID da odredi drevno izvorno magnetsko polje za svaku hondru u meteoritima.
Studija se također temelji na fenomenu zvanom izotopska dihotomija . Dvije odvojene obitelji meteorita pale su na Zemlju, svaka s različitim izotopskim sastavom, a znanstvenici su zaključili da su se te dvije obitelji morale formirati u različito vrijeme i na različitim mjestima u ranom Sunčevom sustavu. Dvije vrste nazivaju se ugljičnim (CC) i bezugljičnim (NC). CC meteoriti vjerojatno sadrže materijal iz vanjskog Sunčevog sustava, dok NC meteoriti vjerojatno sadrže materijal iz unutarnjeg Sunčevog sustava. Neki meteoriti sadrže oba izotopska otiska prsta, ali to je vrlo rijetko.
Dva meteorita koja je tim proučavao oba su tipa CC iz vanjskog Sunčevog sustava. Kada su ih analizirali, otkrili su da hondrule pokazuju jača magnetska polja od NC meteorita koje su prethodno analizirali.
To je suprotno onome što astronomi misle da se događa u mladom Sunčevom sustavu. Kako se mladi sustav razvija, znanstvenici očekuju da se magnetska polja raspadaju s udaljenosti od Sunca. Magnetska snaga se može mjeriti u jedinicama koje se nazivaju mikroteslama, a CC hondrule su pokazivale polje od oko 100 mikrotesla, dok NC hondrule pokazuju snagu od samo 50 mikrotesla. Za usporedbu, Zemljino magnetsko polje danas iznosi oko 50 mikrotesla.
Magnetno polje pokazuje kako Sunčev sustav nakuplja materijal. Što je polje snažnije, to više materijala može uvući u sebe. Jaka magnetska polja vidljiva u hondurama CC meteorita pokazuju da je vanjski Sunčev sustav akreirao više materijala od unutarnjeg područja, što je vidljivo iz veličina planeta. Autori ovog rada zaključili su da je to dokaz velikog jaza, koji je na neki način spriječio protok materijala u unutarnji Sunčev sustav.
'Praznine su uobičajene u protoplanetarnim sustavima, a sada pokazujemo da smo ga imali u vlastitom Sunčevom sustavu', kaže Borlina. 'Ovo daje odgovor na ovu čudnu dihotomiju koju vidimo u meteoritima i pruža dokaz da praznine utječu na sastav planeta.'
Sve se to kombinira u čvrste dokaze za veliki, neobjašnjivi jaz u ranom Sunčevom sustavu.
ALMA-ine slike visoke razlučivosti obližnjih protoplanetarnih diskova, koje su rezultat projekta Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP). Zasluge: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews i sur.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Jupiter je daleko najmasivniji planet pa je dobro mjesto za početak razumijevanja kako se sve to odigralo u našem Sunčevom sustavu. Kako je Jupiter rastao, njegova moćna gravitacija je možda igrala ulogu. Mogao je odnijeti plin i prašinu iz unutarnjeg Sunčevog sustava prema periferiji, ostavljajući prazninu između njega i Marsa u evoluirajućem disku.
Drugo moguće objašnjenje proizlazi iz samog diska. Rani diskovi su oblikovani vlastitim snažnim magnetskim poljima. Kada ova polja međusobno djeluju, mogu stvoriti snažne vjetrove koji mogu istisnuti materijal i stvoriti jaz. Jupiterova gravitacija i magnetska polja u protoplanetaru mogli su se kombinirati kako bi stvorili jaz.
Ali što je uzrokovalo taj jaz, samo je jedno pitanje. Drugo je pitanje kakvu je ulogu odigrao? Kako je pomogla u oblikovanju svega otkako je nastala prije više od četiri milijarde godina? Prema članku, sam jaz je mogao djelovati kao neprolazna prepreka koja je sprječavala materijal s bilo koje strane u interakciji. S unutarnje strane jaza su zemaljski planeti, a s vanjske strane su plinoviti svjetovi.
'Prilično je teško prijeći ovaj jaz, a planetu bi trebalo puno vanjskog momenta i momenta', rekao je glavni autor Cauê Borlina u priopćenje za javnost . 'Dakle, ovo pruža dokaz da je formiranje naših planeta bilo ograničeno na određena područja u ranom Sunčevom sustavu.'
Više:
- Priopćenje za javnost: Znanstvenici pronalaze dokaze da je rani Sunčev sustav skrivao jaz između svojih unutarnjih i vanjskih područja
- Objavljeno istraživanje: Paleomagnetski dokazi za podstrukturu diska u ranom Sunčevom sustavu
- Svemir danas: Protoplanetarni diskovi izbacuju više materijala nego što se pretvara u planete
