Bir sanatçının erken güneş sistemi izlenimi. Kredi: Tobias Stierli / Flaeck / PlanetS
Güneş sisteminin kaotik erken aşamaları
ETH Zürih ve Araştırma Gezegenleri Ulusal Yeterlilik Merkezi tarafından yönetilen uluslararası bir araştırma ekibi, birkaç asteroitin erken tarihini her zamankinden daha doğru bir şekilde yeniden yarattı. Bulguları, erken güneş sisteminin önceden varsayıldığından daha kaotik olduğunu gösteriyor.
Dünya ve diğer gezegenler oluşmadan önce, genç güneş kozmik gaz ve tozla çevriliydi. Binlerce yıl boyunca tozdan yavaş yavaş değişen boyutlarda kaya parçaları oluştu. Bunların çoğu sonraki gezegenler için yapı taşları haline geldi. Asteroit kuşağındaki asteroitler gibi diğerleri gezegen olmadı ve bugün güneşi çevrelemeye devam ediyor.
Göktaşı olarak Dünya’ya düşen asteroitlerin çekirdeklerinden alınan demir örnekleri, uluslararası bir ekiple birlikte ETH Zürih ve Ulusal Araştırma Yetkinlik Merkezi (NCCR) PlanetS’ten araştırmacılar tarafından analiz edildi. Bunu yaparak, gezegenlerin oluşumu sırasında erken geçmişlerinin bir kısmını ortaya çıkardılar. Sonuçları yakın zamanda dergide yayınlandı Doğa Astronomi.
Erken güneş sisteminin tanıkları
Alison Hunt, “Önceki bilimsel araştırmalar, güneş sistemindeki asteroitlerin milyarlarca yıl önce oluşumlarından bu yana nispeten değişmeden kaldığını gösterdi”, diye açıklıyor ETH Zürih ve NCCR PlanetS’de baş yazar ve araştırmacı. Hunt, “Bu nedenle, erken güneş sisteminin koşullarının korunduğu bir arşivdir” diyor.
Ekibin analiz ettiği demir göktaşı örneklerinden biri. Kredi bilgileri: Aurelia Meister
Ancak bu arşivin kilidini açmak için araştırmacıların dünya dışı materyali baştan sona hazırlaması ve incelemesi gerekiyordu. Ekip, bir zamanlar asteroitlerin metalik çekirdeklerinin bir parçası olan 18 farklı demir göktaşından örnekler aldı. Analizlerini gerçekleştirmek için, detaylı analizleri için Palladyum, Gümüş ve Platin elementlerini izole edebilmek için örnekleri çözmeleri gerekiyordu. Bir kütle spektrometresi yardımıyla bu elementlerin farklı izotoplarının bolluklarını ölçtüler. İzotoplar, verilen elementlerin farklı atomlarıdır, bu durumda, hepsi çekirdeklerinde aynı sayıda protonu paylaşan, ancak nötron sayıları değişen Paladyum, Gümüş ve Platin.
Güneş sistemimizin ilk birkaç milyon yılında, metalik asteroit çekirdekleri, izotopların radyoaktif bozunmasıyla ısıtıldı. Soğumaya başladıklarında, radyoaktif bozunma tarafından üretilen belirli bir Gümüş izotopu birikmeye başladı. Araştırmacılar, demir göktaşlarındaki günümüz Gümüş izotop oranlarını ölçerek, asteroit çekirdeklerinin ne zaman ve ne kadar hızlı soğuduğunu belirleyebildiler.
Sonuçlar, soğumanın hızlı olduğunu ve asteroitlerin yalıtkan kayalık mantosunu kıran ve metal çekirdeklerini uzayın soğuğuna maruz bırakan diğer cisimlerle şiddetli çarpışmalar nedeniyle meydana geldiğini gösterdi. Hızlı soğuma, Gümüş izotop ölçümlerine dayanan önceki çalışmalarda belirtilmiş olsa da, zamanlama belirsizliğini koruyordu.
Platin izotop bolluğuna ilişkin ek ölçümlerimiz, örneklerin uzayda kozmik ışınlanmasının neden olduğu bozulmalar için Gümüş izotop ölçümlerini düzeltmemize izin verdi. Böylece çarpışmaların zamanlamasını her zamankinden daha kesin bir şekilde belirleyebildik”, diyor Hunt. Araştırmacı, “Ve bizim için sürpriz bir şekilde, incelediğimiz tüm asteroit çekirdekleri, güneş sisteminin oluşumundan 7,8 ila 11,7 milyon yıllık bir zaman dilimi içinde neredeyse aynı anda açığa çıktı” diyor.
Farklı asteroitlerin neredeyse aynı anda çarpışmaları, ekibe bu dönemin güneş sisteminin çok kararsız bir aşaması olması gerektiğini gösterdi. Hunt, “O zamanlar her şey birbirine karışmış gibi görünüyor” diyor. “Ve nedenini bilmek istedik” diye ekliyor.
Laboratuvardan güneş bulutsusuna
Ekip, sonuçlarını güneş sistemi gelişiminin en son, en karmaşık bilgisayar simülasyonlarından elde edilen sonuçlarla birleştirerek farklı nedenleri değerlendirdi. Birlikte, bu kaynaklar olası açıklamaları daraltabilir.
Çalışmanın ortak yazarı, NCCR PlanetS üyesi ve ETH Zürih’te Kozmokimya Profesörü, “Güneş sisteminin bu enerjik erken evresini en iyi açıklayan teori, bunun öncelikle sözde güneş bulutsusunun dağılmasından kaynaklandığını gösterdi”, Maria Schönbächler açıklıyor. “Bu güneş bulutsusu, Güneş’in doğduğu kozmik buluttan geriye kalan gazdır. Schönbächler, birkaç milyon yıl boyunca, güneş rüzgarları ve radyasyon tarafından savrulana kadar genç Güneş’in etrafında dönmeye devam etti” diyor.
Bulutsu hala etraftayken, içinde Güneş’in yörüngesindeki nesneleri yavaşlattı – hava direncinin hareket eden bir arabayı nasıl yavaşlattığına benzer. Araştırmacılar, bulutsunun ortadan kaybolmasından sonra, gaz sürtünmesinin olmamasının asteroitlerin hızlanmasına ve birbirleriyle çarpışmasına izin verdiğini öne sürüyorlar – turbo moduna alınmış çarpışan arabalar gibi.
“Çalışmamız, laboratuvar ölçüm tekniklerindeki gelişmelerin, güneş bulutsunun muhtemel zamanı gibi, erken güneş sisteminde meydana gelen önemli süreçleri anlamamıza nasıl izin verdiğini gösteriyor. O zamanlar Dünya gibi gezegenler henüz doğma sürecindeydi. Sonuç olarak bu, kendi gezegenlerimizin nasıl doğduğunu daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir, aynı zamanda bize güneş sistemimizin dışındaki diğerlerine dair içgörüler de sağlayabilir”, diye bitiriyor Schönbächler.
Referans: Alison C. Hunt, Karen J. Theis, Mark Rehkämper, Gretchen K. Benedix, Rasmus Andreasen ve Maria Schönbächler, 23 Mayıs 2022, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-022-01675-2