Μια μυστηριώδης τρύπα μέσα στον πρωτοπλανητικό δίσκο του ηλιακού συστήματος

Οι επιστήμονες έχουν βρει στοιχεία ότι το πρώιμο ηλιακό σύστημα διέθετε ένα χάσμα μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής του περιοχής.

Το κοσμικό όριο, που πιθανότατα προκλήθηκε από τον νεαρό άνδρα Ζεύς Ένας αναδυόμενος άνεμος, πιθανότατα να έχει διαμορφώσει τον σχηματισμό των μικρών πλανητών.

Στο πρώιμο ηλιακό σύστημα, ένας «πρωτοπλανητικός δίσκος» σκόνης και αερίου περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο και τελικά ενώνεται με τους πλανήτες που γνωρίζουμε σήμερα.

Νέα ανάλυση αρχαίων μετεωριτών από επιστήμονες στο Με Αλλού αναφέρουν ένα μυστηριώδες κενό μέσα σε αυτόν τον δίσκο πριν από περίπου 4.567 δισεκατομμύρια χρόνια, κοντά στη θέση όπου βρίσκεται σήμερα η ζώνη των αστεροειδών.

Τα αποτελέσματα της ομάδας δημοσιεύθηκαν στις 15 Οκτωβρίου 2021, στις πρόοδος της επιστήμης, παρέχουν άμεση απόδειξη αυτού του κενού.

“Την τελευταία δεκαετία, οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι κοιλότητες, κενά και δακτύλιοι είναι συνηθισμένοι σε δίσκους γύρω από άλλα νεαρά αστέρια”, λέει ο Benjamin Weiss, καθηγητής πλανητικών επιστημών στο Τμήμα Γης, Ατμοσφαιρικής και Πλανητικής Επιστήμης (EAPS) στο MIT. «Αυτά είναι σημαντικά αλλά ελάχιστα κατανοητά σήματα των φυσικών διαδικασιών με τις οποίες το αέριο και η σκόνη μετατρέπονται σε ήλιο και νέους πλανήτες».

Ομοίως, η αιτία αυτού του κενού στο ηλιακό μας σύστημα παραμένει ένα μυστήριο. Μια πιθανότητα είναι ότι ο Δίας μπορεί να είχε επιρροή. Όταν σχηματίστηκε ο γίγαντας αερίου, η τεράστια βαρύτητά του θα είχε ωθήσει αέριο και σκόνη προς τις άκρες, αφήνοντας πίσω μια τρύπα στον αναπτυσσόμενο δίσκο.

Μια άλλη εξήγηση μπορεί να έχει να κάνει με τον άνεμο που αναδύεται από την επιφάνεια του δίσκου. Τα πρώιμα πλανητικά συστήματα υπόκεινται σε ισχυρά μαγνητικά πεδία. Όταν αυτά τα πεδία αλληλεπιδρούν με έναν περιστρεφόμενο δίσκο αερίου και σκόνης, μπορούν να παράγουν άνεμους αρκετά ισχυρούς για να φυσήξουν το υλικό, αφήνοντας μια τρύπα στο δίσκο.

Ανεξάρτητα από την προέλευσή του, το κενό στο πρώιμο ηλιακό σύστημα πιθανότατα χρησίμευσε ως κοσμικό όριο, εμποδίζοντας την αλληλεπίδραση υλικού εκατέρωθεν του. Αυτός ο φυσικός διαχωρισμός θα μπορούσε να έχει διαμορφώσει τον σχηματισμό των πλανητών του ηλιακού συστήματος. Για παράδειγμα, στην εσωτερική πλευρά του κενού, το αέριο και η σκόνη ενώθηκαν ως επίγειοι πλανήτες, συμπεριλαμβανομένης της Γης και Άρης, καθώς το αέριο και η σκόνη κατέβηκαν στην άκρη του κενού που σχηματίστηκε σε παγωμένες περιοχές, όπως ο Δίας και οι γειτονικοί του γίγαντες αερίου.

“Είναι πολύ δύσκολο να ξεπεραστεί αυτό το κενό και ο πλανήτης θα χρειαστεί πολλή εξωτερική ροπή και ορμή”, λέει ο κύριος συγγραφέας και μεταπτυχιακός φοιτητής του EAPS, Cauê Borlina. “Έτσι, αυτό παρέχει στοιχεία ότι ο σχηματισμός των πλανητών μας περιορίστηκε σε συγκεκριμένες περιοχές του πρώιμου ηλιακού συστήματος”.

Οι συν-συγγραφείς με τους Weiss και Borlina περιλαμβάνουν τους Eduardo Lima, Nilanjan Chatterjee και Elias Mansbach του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης. James Bryson του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης. και Xue-Ning Bai από το Πανεπιστήμιο Tsinghua.

χωρισμένος στο διάστημα

Την τελευταία δεκαετία, οι επιστήμονες παρατήρησαν μια περίεργη διάσπαση στη σύνθεση των μετεωριτών που έφτασαν στη Γη. Αυτοί οι διαστημικοί βράχοι σχηματίστηκαν αρχικά σε διαφορετικούς χρόνους και τοποθεσίες όταν σχηματιζόταν το ηλιακό σύστημα. Αυτά που αναλύθηκαν δείχνουν μία από τις δύο ομάδες ισοτόπων. Σπάνια βρέθηκαν μετεωρίτες να εμφανίζουν και τους δύο – ένα μυστήριο γνωστό ως «ισοτοπική διάσπαση».

Οι επιστήμονες πρότειναν ότι αυτή η διάσπαση μπορεί να είναι το αποτέλεσμα ενός κενού στο δίσκο του πρώιμου Ηλιακού Συστήματος, αλλά αυτό το κενό δεν έχει επιβεβαιωθεί άμεσα.

Η ομάδα του Weiss αναλύει μετεωρίτες για σημάδια αρχαίων μαγνητικών πεδίων. Όταν σχηματίζεται ένα νέο πλανητικό σύστημα, φέρει μαζί του ένα μαγνητικό πεδίο, η δύναμη και η κατεύθυνση του οποίου μπορεί να αλλάξει ανάλογα με τις διάφορες διαδικασίες εντός του εξελισσόμενου δίσκου. Όταν η παλιά σκόνη συλλέγεται σε κόκκους γνωστούς ως χόνδρος, τα ηλεκτρόνια εντός του χόνδρου ευθυγραμμίζονται με το μαγνητικό πεδίο στο οποίο σχηματίστηκαν.

Τα χονδροειδή μπορεί να είναι μικρότερα από τη διάμετρο μιας ανθρώπινης τρίχας και βρίσκονται σήμερα στους μετεωρίτες. Η ομάδα του Weiss ειδικεύεται στη μέτρηση των χόνδρων για τον προσδιορισμό των αρχαίων μαγνητικών πεδίων στα οποία σχηματίστηκαν αρχικά.

Σε προηγούμενες εργασίες, η ομάδα ανέλυσε δείγματα από μία από τις δύο ομάδες ισοτόπων μετεωριτών, γνωστούς ως μη ανθρακούχοι μετεωρίτες. Αυτά τα πετρώματα πιστεύεται ότι προέρχονται από μια «δεξαμενή» ή περιοχή του πρώιμου Ηλιακού Συστήματος, σχετικά κοντά στον Sunλιο. Η ομάδα του Weiss είχε προηγουμένως προσδιορίσει το αρχαίο μαγνητικό πεδίο σε δείγματα από αυτήν την κοντινή περιοχή.

Αναντιστοιχία μετεωριτών

Στη νέα τους μελέτη, οι ερευνητές αναρωτήθηκαν αν το μαγνητικό πεδίο θα ήταν το ίδιο στη δεύτερη ισοτοπική ομάδα «με άνθρακα» μετεωριτών, οι οποίοι, με βάση την ισοτοπική τους σύνθεση, πιστεύεται ότι προέρχονται μακρύτερα από το ηλιακό σύστημα.

Ανέλυσαν τον χόνδρο, ο καθένας με μέγεθος περίπου 100 μικρά, από δύο ανθρακούχους μετεωρίτες που ανακαλύφθηκαν στην Ανταρκτική. Χρησιμοποιώντας το Superconduct Quantum Interferometer, ή SQUID, ένα μικροσκόπιο υψηλής ανάλυσης στο εργαστήριο Weiss, η ομάδα καθόρισε το αρχικό αρχαίο μαγνητικό πεδίο κάθε chondrule.

Παραδόξως, διαπίστωσαν ότι η ισχύς του πεδίου τους ήταν ισχυρότερη από εκείνη των κοντινότερων μη ανθρακικών μετεωριτών που είχαν μετρήσει προηγουμένως. Καθώς σχηματίζονται σύγχρονα πλανητικά συστήματα, οι επιστήμονες προβλέπουν ότι η δύναμη του μαγνητικού πεδίου πρέπει να αποσυντίθεται με την απόσταση από τον ήλιο.

Αντίθετα, ο Borlina και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι οι άπω χόνδροι έχουν ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο, περίπου 100 μT, σε σύγκριση με το πεδίο των 50 μT στον εγγύτατο χόνδρο. Για αναφορά, το μαγνητικό πεδίο της Γης σήμερα είναι περίπου 50 μικροτεσλά.

Το μαγνητικό πεδίο ενός πλανητικού συστήματος είναι ένα μέτρο του ρυθμού συσσώρευσης του, ή της ποσότητας αερίου και σκόνης που μπορεί να τραβήξει προς το κέντρο του με την πάροδο του χρόνου. Με βάση το μαγνητικό πεδίο του ανθρακικού μηνίσκου, η εξωτερική περιοχή του ηλιακού συστήματος πρέπει να έχει συσσωρεύσει πολύ περισσότερη μάζα από την εσωτερική περιοχή.

Χρησιμοποιώντας μοντέλα για την προσομοίωση διαφορετικών σεναρίων, η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η πιο πιθανή εξήγηση για την αναντιστοιχία στα ποσοστά συσσώρευσης είναι ένα χάσμα μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής περιοχής, το οποίο θα μπορούσε να μειώσει την ποσότητα αερίου και σκόνης που ρέουν προς τον ήλιο από τις εξωτερικές περιοχές.

“Τα καπάκια είναι κοινά στα πρωτοπλανητικά συστήματα και τώρα δείχνουμε ότι έχουμε ένα στο δικό μας ηλιακό σύστημα”, λέει ο Borlina. «Αυτό δίνει μια απάντηση σε αυτήν την περίεργη διάσπαση που βλέπουμε στους μετεωρίτες και παρέχει στοιχεία ότι οι κοιλότητες επηρεάζουν τον πλανητικό σχηματισμό».

Αναφορά: «Παλαιομαγνητικά στοιχεία για μια υποδομή δίσκου στο πρώιμο ηλιακό σύστημα» από τους Cauê S. Borlina, Benjamin P. Weiss, James FJ Bryson, Xue-Ning Bai, Eduardo A. Lima, Nilanjan Chatterjee, and Elias N. Mansbach, Οκτώβριος 15, 2021, πρόοδος της επιστήμηςΤο
DOI: 10.1126 / sciadv.abj6928

Αυτή η έρευνα υποστηρίχθηκε, εν μέρει, από NASA, και το Εθνικό Scienceδρυμα Επιστημών.