Un misterioso buco all’interno del disco protoplanetario del sistema solare

Gli scienziati hanno trovato prove che il primo sistema solare ospitava un divario tra le sue regioni interne ed esterne.

Il confine cosmico, probabilmente causato dal giovane Giove O un vento emergente, che probabilmente ha plasmato la formazione dei pianeti minori.

Nel primo sistema solare, un «disco protoplanetario» di polvere e gas orbitava intorno al sole e alla fine si univa nei pianeti che conosciamo oggi.

Nuova analisi di antichi meteoriti da parte di scienziati in Insieme a Altrove riportano una misteriosa lacuna all’interno di questo disco circa 4.567 miliardi di anni fa, vicino al sito dove si trova oggi la cintura di asteroidi.

I risultati della squadra sono stati pubblicati il ​​15 ottobre 2021, su progresso scientifico, forniscono una prova diretta di questa lacuna.

«Nell’ultimo decennio, le osservazioni hanno dimostrato che cavità, spazi vuoti e anelli sono comuni nei dischi attorno ad altre giovani stelle», afferma Benjamin Weiss, professore di scienze planetarie presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell’atmosfera e dei pianeti (EAPS) del MIT. «Questi sono segnali importanti ma poco compresi dei processi fisici attraverso i quali gas e polvere si trasformano nel sole e nei giovani pianeti».

Allo stesso modo, la causa di questa lacuna nel nostro sistema solare rimane un mistero. Una possibilità è che Giove possa aver avuto un’influenza. Quando il gigante gassoso si è formato, la sua immensa gravità avrebbe spinto gas e polvere verso i bordi, lasciando un buco nel disco in via di sviluppo.

Un’altra spiegazione potrebbe riguardare il vento che emerge dalla superficie del disco. I primi sistemi planetari sono soggetti a forti campi magnetici. Quando questi campi interagiscono con un disco rotante di gas e polvere, possono produrre venti abbastanza forti da soffiare il materiale, lasciando un buco nel disco.

Indipendentemente dalle sue origini, il divario nel primo sistema solare probabilmente serviva da confine cosmico, impedendo al materiale su entrambi i lati di interagire. Questa separazione fisica potrebbe aver plasmato la formazione dei pianeti del sistema solare. Ad esempio, sul lato interno del divario, gas e polvere si unirono come pianeti terrestri, inclusi Terra e Marte, mentre il gas e la polvere scendevano dall’altra parte del divario formato nelle regioni ghiacciate, come Giove e i suoi vicini giganti gassosi.

«È molto difficile superare questo divario e il pianeta avrebbe bisogno di molta coppia e slancio esterni», afferma l’autore principale e studente laureato EAPS Kawi Borlina. «Quindi, questo fornisce la prova che la formazione dei nostri pianeti era limitata a regioni specifiche nel primo sistema solare».

I coautori includono Weiss e Burlina Eduardo Lima, Nilanjan Chatterjee ed Elias Mansbach del Massachusetts Institute of Technology. James Bryson dell’Università di Oxford; e Xue-Ning Bai dell’Università Tsinghua.

diviso nello spazio

Negli ultimi dieci anni, gli scienziati hanno osservato una strana spaccatura nella composizione dei meteoriti che si sono diretti verso la Terra. Queste rocce spaziali si sono originariamente formate in tempi e luoghi diversi durante la formazione del sistema solare. Quelli analizzati mostrano uno dei due gruppi di isotopi. Raramente sono stati trovati meteoriti per mostrare entrambi – un mistero noto come «scissione isotopica».

Gli scienziati hanno suggerito che questa spaccatura potrebbe essere il risultato di una lacuna nel disco del primo sistema solare, ma questa lacuna non è stata confermata direttamente.

Il gruppo di Weiss analizza i meteoriti alla ricerca di segni di antichi campi magnetici. Quando si forma un nuovo sistema planetario, porta con sé un campo magnetico, la cui forza e direzione possono cambiare a seconda dei vari processi all’interno del disco in evoluzione. Quando la polvere vecchia si raccoglie in granuli noti come cartilagine, gli elettroni all’interno della cartilagine si allineano con il campo magnetico in cui si sono formati.

I condri possono essere più piccoli del diametro di un capello umano e si trovano oggi nei meteoriti. Il gruppo di Weiss è specializzato nella misurazione delle cartilagini per determinare gli antichi campi magnetici in cui si sono originariamente formate.

In lavori precedenti, il gruppo ha analizzato campioni di uno dei due gruppi di isotopi di meteoriti, noti come meteoriti non carboniosi. Si ritiene che queste rocce abbiano avuto origine in un «serbatoio» o regione del primo Sistema Solare, relativamente vicino al Sole. Il gruppo di Weiss aveva precedentemente identificato l’antico campo magnetico in campioni provenienti da questa regione vicina.

Mancata corrispondenza meteora

Nel loro nuovo studio, i ricercatori si sono chiesti se il campo magnetico sarebbe stato lo stesso nel secondo gruppo isotopico di meteoriti «carbonio», che, in base alla loro composizione isotopica, si ritiene abbiano avuto origine più lontano nel sistema solare.

Hanno analizzato la cartilagine, ciascuna delle dimensioni di circa 100 micron, da due meteoriti carboniosi scoperti in Antartide. Utilizzando l’interferometro quantistico superconduttore, o SQUID, un microscopio ad alta risoluzione nel laboratorio Weiss, il team ha determinato l’antico campo magnetico originale di ciascun condrulo.

Sorprendentemente, hanno scoperto che la loro intensità di campo era più forte di quella dei meteoriti non carbonatici più vicini che avevano misurato in precedenza. Man mano che i moderni sistemi planetari si formano, gli scienziati prevedono che la forza del campo magnetico dovrebbe decadere con la distanza dal sole.

Al contrario, Borlina e colleghi hanno scoperto che le cartilagini distali hanno un campo magnetico più forte, circa 100 μT, rispetto al campo di 50 μT nella cartilagine prossimale. Per riferimento, il campo magnetico terrestre oggi è di circa 50 microtesla.

Il campo magnetico di un sistema planetario è una misura del suo tasso di accrescimento, o la quantità di gas e polvere che può attirare verso il suo centro nel tempo. Basandosi sul campo magnetico del menisco carbonico, la regione esterna del sistema solare deve aver accumulato molta più massa della regione interna.

Utilizzando modelli per simulare diversi scenari, il team ha concluso che la spiegazione più probabile per la mancata corrispondenza dei tassi di accrescimento è un divario tra le regioni interne ed esterne, che potrebbe ridurre la quantità di gas e polvere che scorre verso il sole dalle regioni esterne.

«I tappi sono comuni nei sistemi protoplanetari e ora stiamo dimostrando di averne uno nel nostro sistema solare», afferma Borlina. «Questo dà una risposta a questa strana spaccatura che vediamo nei meteoriti e fornisce prove che le cavità influenzano la formazione planetaria».

Riferimento: «Evidenza paleomagnetica per un’infrastruttura di dischi nel sistema solare primitivo» di Cauê S. Borlina, Benjamin P. Weiss, James FJ Bryson, Xue-Ning Bai, Eduardo A. Lima, Nilanjan Chatterjee e Elias N. Mansbach, ottobre 15, 2021 , progresso scientifico.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj6928

Questa ricerca è stata supportata, in parte, da NASA, e la National Science Foundation.