explodieren! Kollision! Dies ist das frühe Sonnensystem.

Eisenmeteoriten deuten auf Millionen Jahre anhaltender Turbulenzen im frühen Sonnensystem hin

Meteoriten liefern Hinweise auf dramatische Ereignisse in der Frühzeit des Sonnensystems.

Durch Asteroideneinschläge im frühen Sonnensystem wurden die Eisenkerne der Asteroiden dem Weltraum ausgesetzt, wodurch sie rasch abkühlten.

Bildnachweis: NASA, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology

Einem neuen Forschungsergebnis zufolge, das auf einer Analyse der Kerne von Eisenmeteoriten metallischer Asteroiden beruht, geht hervor, dass es zwischen 7,8 und 11,1 Millionen Jahren nach der Entstehung des Sonnensystems zu einer gewaltigen und heftigen Explosion im frühen Sonnensystem kam und dass Asteroiden und sich bildende Asteroiden weiterhin miteinander kollidierten.

Um ein tieferes Verständnis der Entstehung der Mutterkörper von Eisenmeteoriten zu erlangen, analysierte ein internationales Forscherteam die Isotope von Palladium, Silber und Platin in 18 auf der Erde gefundenen Eisenmeteoriten. Die Analyseergebnisse zeigten, dass metallische Asteroiden dichte Eisenkerne haben und Eisenmeteoriten aus diesen Eisenkernen stammen, die bei Kollisionen mit anderen Asteroiden entstehen.

Palladium 107 zerfällt radioaktiv zu Silber 107 mit einer Halbwertszeit von 6,5 Millionen Jahren. Frühere Messungen der relativen Häufigkeit dieser beiden Isotope, die mit einem Massenspektrometer überwacht wurden, deuteten darauf hin, dass der aus Meteoriten bestehende Kern des Asteroiden eine schnelle Abkühlung erfahren hatte. Die Frage ist, wann findet der schnelle Abkühlungsprozess statt?

Um die Forschungszeit zu verkürzen, verbesserte ein Forschungsteam unter der Leitung von Allison Hunt, einer leitenden Wissenschaftlerin an der ETH Zürich und dem Nationalen Zentrum für Planetenforschung der Schweiz, den Nachweisprozess des Massenspektrometers, um Isotope des seltenen Metalls Platin zu erkennen, die durch kosmische Strahlung entstehen, die auf Meteoriten im Weltraum trifft.

„Durch zusätzliche Messungen der Häufigkeit von Platinisotopen konnten Verzerrungen in den Silberisotopenmessungen korrigiert werden, die durch kosmische Strahlung aus dem Weltraum verursacht wurden. So können wir die Kollision präziser datieren als je zuvor“, sagte Hunt in einer Erklärung.

Hunters Team kam auf ein Datum zwischen 7,8 und 11,1 Millionen Jahren nach der Entstehung des Sonnensystems. Studien anderer Meteore könnten diesen Zeitraum zwar verlängern, doch handelt es sich dabei um einen relativ kurzen Zeitraum in der 4,5 Milliarden Jahre umfassenden Geschichte der Sonne.

Die Ergebnisse dieser Studie legen nahe, dass das frühe Sonnensystem extrem chaotisch war. Bevor die Planeten entstanden, kollidierten Asteroiden häufig mit Protoplaneten. Bei diesen Kollisionen wurden die Silikatmäntel größerer Asteroiden abgetragen, wodurch die Metallkerne der Asteroiden vollständig dem Weltraum ausgesetzt wurden. Dadurch konnten die Asteroiden rasch abkühlen, bevor es zu der Explosion kam, die ihren Zerfall verursachte.

Ein Eisenmeteorit (Teil des Barringer-Kraters, der durch einen Asteroideneinschlag in Arizona entstanden ist)

Bildnachweis: NASA

„Zu diesem Zeitpunkt fiel alles auseinander“, sagte Hunter.

Irgendetwas verursacht dieses Chaos und Hunters Team glaubt, dass es mit der Auflösung des Solarnebels zusammenhängt, der Gaswolke, aus der die Sonne entstand. Das verbleibende Material des Nebels bildete dann eine Scheibe um den jungen Stern, und als das Gas abkühlte, kondensierten Staub und Eis und durch einen Ansammlungsprozess bildeten sich schließlich die Planeten, Asteroiden und Kometen, die wir heute kennen.

Allerdings ist die Zeit, die diese Planeten zusammen verbringen, sehr begrenzt. Als die Sonne entstand, zerstreute der Sonnenwind die Überreste des Sonnennebels. Durch die Reibung des Gases entstehen junge Sterne, und diese Reibung verlangsamt die Umlaufgeschwindigkeit der Sterne. Die Forscher erklärten, dass ein Planet, wenn er seine Gasbeschränkungen verliert, unweigerlich eine Phase des Chaos durchmacht, in der beispielsweise die Umlaufbahn des Planeten außer Kontrolle gerät, was zu einer Reihe von Sternkollisionen führt, und dass dann auf diesen Planeten wieder Frieden herrscht.

Im Jahr 2026 wird die Raumsonde den metallischen Asteroiden Psyche besuchen. (Bildnachweis: California Institute of Technology, NASA Propulsion Laboratory, Arizona State University)

Das Team weist jedoch darauf hin, dass im selben Zeitraum noch etwas anderes passiert ist, das Chaos im Sonnensystem verursacht haben könnte. Insbesondere die riesigen Gasplaneten wie Jupiter und Saturn waren an der Planetenwanderung im frühen Sonnensystem beteiligt. Ihre Schwerkraft störte die Umlaufbahnen kleinerer Körper und führte so zur Entstehung des Asteroidengürtels und des Kuipergürtels.

Ein spezielles Modell, bekannt als „Grand Strategy“, geht davon aus, dass Jupiter einst durch das Sonnensystem wanderte und dabei sehr nahe an der Sonne vorbeizog, ähnlich der Entfernung zwischen Mars und Sonne heute. Unter dem Einfluss der Schwerkraft des Saturns wanderte Jupiter erneut aus dem Sonnensystem heraus und gelangte an seine heutige Position. Das Grand-Strategy-Modell geht davon aus, dass diese Migration vor 10 Millionen Jahren stattfand.

Allerdings ist es eine enorme Herausforderung, nachzuweisen, was vor 4,5 Milliarden Jahren geschah. Die Untersuchung der Entstehung und Zerstörung von Asteroiden, die Eisenmeteoriten produzieren, könnte neue Beweise dafür liefern, wie gewalttätig das frühe Sonnensystem war.

Später am Tag wird die NASA ihre Mission zum Asteroiden Psyche starten, die weitere Daten und Informationen bringen wird. Die Raumsonde Psyche soll den metallischen Asteroiden im Jahr 2026 erreichen.

Die Forschungsergebnisse werden online in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.

VON: Keith Cooper

FY: Wan Lin

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