Frühe Welten im äußeren Sonnensystem bestanden zu bis zu 92 Prozent aus hitzegeschmolzenem Gestein, wie eine neue Analyse von Meteoriten zeigt. Forscher der Yale University, der Princeton University und des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung fanden heraus, dass die ersten festen Himmelskörper im äußeren Sonnensystem nicht einfach alles aufsammelten, was in ihrer kosmischen Nachbarschaft zu finden war.
Die ersten festen Himmelskörper im äußeren Sonnensystem haben nicht einfach alles aufgesammelt, was in ihrer kosmischen Nachbarschaft zu finden war. Das zeigt eine neue Untersuchung von Kohlenstoff-Eisenmeteoriten. Demnach enthielten die Ursprungskörper dieser Meteoriten, sogenannte Planetesimale, lediglich 8 bis 17 Prozent feines, flüchtiges Material. Der Rest – bis zu 92 Prozent der Masse – bestand aus millimetergroßen, feurigen Gesteinskugeln.
Die zwei Bausteine der frühen Planetenentstehung
In der Frühzeit des Sonnensystems bildeten sich die ersten festen Körper aus zwei grundlegend unterschiedlichen Komponenten. Die erste Komponente besteht aus feinem Staub, der kalt blieb und Wasser sowie organische Moleküle transportierte. Wissenschaftler nennen dieses feinkörnige Material Matrix. Die zweite Komponente bilden Chondrule: Silikatkügelchen, die durch intensive Hitze geschmolzen und anschließend wieder abgekühlt waren.
During the Solar System’s first million years, its earliest
Längere Zeit gingen Wissenschaftler davon aus, dass solche Körper ein breiteres Spektrum an Substanzen enthielten. Doch die aktuellen Berechnungen belegen eine bemerkenswerte Selektivität, die laut Damanveer Grewal von der Yale University und seinen Kollegen von Anfang an bemerkenswert selektiv war. Die Ergebnisse wurden in Nature Astronomy veröffentlicht und drücken Evidenz für eine selektive Planetenbildung in das erste geschätzte Jahrtausend des Sonnensystems aus. Die umliegende Materie war reich an kaltem Staub, Wassereis und Organik.
Damanveer Grewal, Yale University
Aluminium-26 als innerer Brandherd und die chemischen Indizien
Da von den allerersten Planetesimalen keine intakten Exemplare bis in die Gegenwart überdauert haben, mussten die Forscher den Umweg über die Chemie gehen. Die Körper jener Epoche enthielten reichlich Aluminium-26. Dieses radioaktive Isotop besaß eine Halbwertszeit von rund 717.000 Jahren und heizte die jungen Objekte so stark auf, dass sie im Inneren komplett schmolzen. Metalle sanken in den Kern ab, während die ursprüngliche Struktur im Magma unterging.
Ice was abundant in the young solar system, but
Was von diesen Kernen übrig blieb, gelangte später als Eisenmeteorit zur Erde. Um deren ursprüngliche Zusammensetzung zu rekonstruieren, nutzten Damanveer Grewal, an der Yale University als Assistant Professor für Earth and Planetary Sciences sowie Assistant Curator am Peabody Museum tätig, Zhongtian Zhang von Princeton und Joanna Drążkowska vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung zwei voneinander unabhängige Spurenelemente. Der erste Indikator war Schwefel, der in Kohlenstoffmaterial vor allem in der feinen Matrix konzentriert ist. Der zweite Indikator war der Oxidationszustand des Eisens, welcher verrät, wie viel Wasser und oxidierter Staub in den Körper gelangt war.
Beide Methoden lieferten exakt dasselbe Ergebnis: Die Matrix machte lediglich 8 bis 17 Prozent der untersuchten Körper aus, was auf der anderen Seite chondrule-reiche Gesteinsanteile von etwa 83 bis 92 Prozent hinterlässt. Das deckt sich mit keiner bekannten Chondriten-Probe aus späteren Epochen.
Damanveer Grewal von der Yale University erklärte, dass der Schwefelgehalt und der Oxidationszustand des Eisens chemisch zwar nichts miteinander zu tun hätten, aber dennoch unabhängig voneinander auf denselben engen Bereich konvergieren.
Der späte Zeitplan für das Wasser der Erde
Frühere Isotopenstudien hatten einen wesentlich höheren Matrix-Anteil von etwa 25 bis zu 97 Prozent vermutet. Dieser spürbare Unterschied erklärt sich laut den Forschern dadurch, dass nukleosynthese-Signaturen zwar den Herkunftsort eines Korns verraten, jedoch nicht anzeigen, ob es jemals starker Hitze ausgesetzt war. Isotopenmethoden konnten deshalb nicht zwischen echtem Material und solchem unterscheiden, das durch Chondrule verändert wurde. Grewal erklärte hierzu: „That gap tells us nucleosynthetic signatures cannot distinguish true matrix from matrix-like material inherited by chondrules.
Mit diesen neuen Erkenntnissen verschiebt sich auch das Bild darüber, wann das Wasser in die Bausteine der Planeten gelangte. Die eisreichen Materialien und die Rohstoffe für spätere Ozeane waren zwar im Sonnensystem vorhanden, wurden aber nach Angaben der Forscher erst Millionen Jahre später in nennenswertem Maße in feste Planetesimale eingebaut, wobei frühere Meteoritenarbeiten einen verwandten Trend in Kohlenstoffkörpern dokumentierten, die etwa zwei bis vier Millionen Jahre nach den ersten datierten Feststoffen geformt wurden.
Auch interessant
