Pułapka pyłowa za Jowiszem. To tam rodziły się meteoryty

Skąd wzięły się meteoryty, które od czasu do czasu spadają na Ziemię? Nowe symulacje komputerowe wskazują, że ich ciała macierzyste mogły powstać w jednym, zaskakująco wydajnym rejonie młodego Układu Słonecznego – tuż za orbitą Jowisza. To odkrycie rzuca nowe światło na proces formowania się planet i może wyjaśnić zagadkę różnorodności składu chondrytów węglistych.

Pułapka pyłowa za Jowiszem

→ Czytaj też: Sonda Juno zmierzyła podpowierzchniową temperaturę Io. Dlaczego to zaskakuje naukowców?

Gdy Układ Słoneczny miał zaledwie kilka milionów lat, wokół młodego Słońca wirował dysk gazu i pyłu. W tym dysku ziarna stopniowo zlepiały się w większe obiekty – planetozymale, z których część urosła do rozmiarów planet. Proces ten nie był liniowy. Jak tłumaczy dr Joanna Drążkowska, kierująca Grupą Lise Meitner w Instytucie Maxa Plancka ds. Badań Układu Słonecznego w Getyndze, „różne rodzaje planetozymali najwyraźniej powstały w tym samym rejonie wczesnego dysku pyłowo-gazowego, tylko w różnym czasie, a rejon tuż za orbitą Jowisza dawał do tego doskonałe warunki”.

Kluczowym momentem było uformowanie się Jowisza. Gazowy olbrzym oczyścił swoją orbitę z materii, tworząc przerwę w dysku. Tuż za nią ciśnienie gazu gwałtownie wzrosło, tworząc swoistą pułapkę pyłową. W tym pierścieniu gromadziły się ogromne ilości pyłu i kamyków. Zderzały się one i sklejały, dając początek planetozymalom. Symulacje opublikowane w „The Astrophysical Journal” pokazują, że w ciągu dwóch milionów lat powstały tam obiekty o bardzo zróżnicowanym składzie.

Dwie populacje planetozymali

→ Czytaj też: Odkryto 17 cząsteczek życia wokół młodej gwiazdy. To zmienia wiedzę o początkach Ziemi

Badacze prześledzili losy dwóch rodzajów materii obecnej w pierwotnym dysku. Pierwszy to kruchy, rozdrobniony pył. Drugi – małe, stabilne grudki, które uformowały się w gorętszych rejonach układu i zostały rozproszone. Oba typy przemieszczały się w stronę Słońca, ale w różnym tempie. Orbita Jowisza działała jak sito: drobny pył przechodził przez nią stosunkowo łatwo, podczas gdy stabilniejszy materiał był skutecznie zatrzymywany. Proporcje między nimi w pułapce pyłowej zmieniały się z czasem, co doprowadziło do powstania dwóch odrębnych populacji planetozymali.

„To wyjaśnia, dlaczego meteoryty, które dziś badamy, tak bardzo różnią się składem, choć wszystkie mogły narodzić się w tym samym miejscu” – komentuje dr Drążkowska. Symulacje objęły okres od dwóch do czterech milionów lat po narodzinach Układu Słonecznego i uwzględniły zderzenia, zlepianie oraz rozpadanie się cząstek.

Związek z chondrytami węglistymi

Model odtworzył wiek i skład sześciu grup chondrytów węglistych – jednych z najstarszych meteorytów, bogatych w związki organiczne. Ich ciała macierzyste uformowały się zapewne właśnie w tej pułapce. Drobnoziarnisty materiał i inkluzje w tych meteorytach odpowiadają dwóm typom materii z wczesnego dysku. Po raz pierwszy uzyskano tak precyzyjną zbieżność między symulacjami a konkretnymi grupami meteorytów znajdowanych na Ziemi.

Pierwszą autorką pracy jest Nerea Gurrutxaga, doktorantka w MPS. Zespół planuje teraz sprawdzić, czy podobne pułapki pyłowe mogły być miejscem narodzin także innych typów meteorytów.

Co dalej? Uniwersalne miejsce narodzin

Zdaniem dr Drążkowskiej pułapki pyłowe mogły być preferowanym środowiskiem formowania się planetozymali nie tylko w naszym układzie. „Na wczesnym etapie ewolucji Układu Słonecznego w pułapce pyłowej za orbitą Jowisza mogły powstawać także inne typy meteorytów niż chondryty węgliste” – podkreśla. Jeśli mechanizm okaże się uniwersalny, pomoże to zrozumieć, jak rodzą się planety wokół innych gwiazd. Kolejne symulacje obejmą inne rejony dysku. Badacze sprawdzą, czy podobne fabryki planetozymali działały również bliżej Słońca.