Forscher entdeckten wichtigen Hinweis über die Geschichte des Sonnensystems

In einer neuen Arbeit, die in der Fachzeitschrift Nature Communications Earth and Environment veröffentlicht wurde, konnten Forscher der Universität Rochester mithilfe des Magnetismus zum ersten Mal bestimmen, wann kohlenstoffhaltige Chondriten-Asteroiden - Asteroiden, die reich an Wasser und Aminosäuren sind - erstmals ins innere Sonnensystem kamen. Die Forschung liefert Daten, die den Wissenschaftlern helfen, die frühen Ursprünge des Sonnensystems zu verstehen und auch, warum einige Planeten, wie die Erde, bewohnbar wurden und in der Lage waren, Bedingungen aufrechtzuerhalten, die für Leben förderlich waren, während andere Planeten, wie der Mars, dies nicht taten. Die Forschung liefert den Wissenschaftlern auch Daten, die für die Entdeckung neuer Exoplaneten verwendet werden können.

„Es besteht ein besonderes Interesse daran, diese Geschichte [des Sonnensystems] zu definieren - in Bezug auf die große Anzahl von Exoplaneten-Entdeckungen - um abzuleiten, ob die Ereignisse in Exoplaneten-Systemen ähnlich oder anders verlaufen sein könnten“, sagten John Tarduno, William R. Kenan, Jr. Professor am Departement of Earth and Environmental Sciences und Dekan für Arts, Sciences & Engineering in Rochester. „Dies ist eine weitere Komponente bei der Suche nach anderen bewohnbaren Planeten.

Die Lösung eines Paradoxons mit einem Meteoriten in Mexiko

Einige Meteoriten sind Trümmerstücke von Weltraumobjekten wie Asteroiden. Nachdem sie sich von ihren „Mutterkörpern“ getrennt haben, können diese Teile überleben, wenn sie die Atmosphäre eines Planeten passieren ohne zu verglühen und schließlich auf der Oberfläche landen oder auf einem Mond niedergehen.

Die Untersuchung der Magnetisierung von Meteoriten kann Forschern helfen besser einschätzen wann sich die Objekte gebildet haben und wo sie sich in der frühen Geschichte des Sonnensystems befunden haben.

„Wir haben vor einigen Jahren erkannt, dass wir den Magnetismus von Meteoriten, die von Asteroiden stammen, nutzen können um zu bestimmen, wie weit diese Meteoriten von der Sonne entfernt waren, als sich ihre magnetischen Mineralien bildeten, sagte Tarduno.

Um mehr über den Ursprung von Meteoriten und ihren Mutterkörpern zu erfahren, untersuchten Tarduno und andere Forscher magnetische Daten des Allende-Meteoriten, der 1969 auf die Erde fiel und in Mexiko landete. Der Allende-Meteorit ist der größte kohlenstoffhaltige Chondrit-Meteorit, der auf der Erde gefunden wurde. Er enthält Mineralien – Kalzium-Aluminium-Einschlüsse -, von denen angenommen wird, dass sie die ersten im Sonnensystem entstandenen Feststoffe sind. Er ist einer der am meisten untersuchten Meteoriten und wurde jahrzehntelang als das klassische Beispiel eines Meteoriten angesehen, der von einem primitiven Asteroiden-Mutterkörper stammt.

Um festzustellen, wann sich diese Objekte gebildet haben und wo sie sich befanden, mussten die Forscher zunächst ein Paradoxon über Meteoriten lösen, das die wissenschaftliche Gemeinschaft verwirrte: Wie wurden die Meteoriten magnetisiert?

Kürzlich kam es zu einer Kontroverse, als einige Forscher vorschlugen, das kohlenstoffhaltige Chondrit-Meteoriten wie Allende durch einen Kerndynamo wie den der Erde magnetisiert wurden. Die Erde ist als differenzierter Körper bekannt, weil sie eine Kruste, einen Mantel und einen Kern hat, die durch ihre Zusammensetzung und Dichte getrennt sind. Schon früh in ihrer Geschichte können Planetenkörper genug Wärme gewinnen, dass es zu einer weit verbreiteten Schmelze kommt und das dichte Material - Eisen - in das Zentrum sinkt.

Neue Experimente des Rochester-Doktorand Tim O`Brien, Erstautor der Arbeit, ergaben, dass magnetische Signale, die von früheren Forschern interpretiert wurden, nicht wirklich von einem Kern stammen. Stattdessen, so fand O`Brien, ist der Magnetismus eine Eigenschaft von Allendes ungewöhnlichen magnetischen Mineralien.

Bestimmung der Rolle Jupiters bei der Asteroidenmigration

Nachdem O`Brien dieses Paradoxon gelöst hatte, konnte er Meteoriten mit anderen Mineralien identifizieren, die die frühen Magnetisierungen des Sonnensystems genau aufzeichnen konnten.

Die Magnetik-Gruppe von Tarduno kombinierte diese Arbeit dann mit theoretischen Arbeiten von Eric Blackman, Professor für Physik und Astronomie und mit Computersimulationen unter der Leitung von Atma Anand und Jonathan Carroll-Nellenback, einem Computerwissenschaftler am Rochester Laboratorium für Laser-Energetik. Diese Simulationen zeigten, dass Sonnenwinde sich um frühe Objekte des Sonnensystems drapierten und es dieser Sonnenwind war, der die Objekte magnetisierte.

Anhand dieser Simulationen und Daten ermittelten die Forscher, dass die Mutter-Asteroiden, von denen kohlenstoffhaltige Chondriten-Meteoriten abbrachen, vor etwa 4.562 Millionen Jahren aus dem äußeren Sonnensystem in den Asteroidengürtel gelangten, also innerhalb der ersten fünf Millionen Jahre der Geschichte des Sonnensystems.

Laut Tarduno bieten die Analysen und Modellierungen mehr Unterstützung für die sogenannte „Grand-Tack-Hypothese“ der Bewegung des Jupiter. Während Wissenschaftler einst dachten, die Planeten und andere planetare Objekte würden sich in geordneter Entfernung von der Sonne aus Gas und Staub bilden, sind heute Wissenschaftler der Meinung, dass die Gravitationskräfte der Riesenplaneten wie von Jupiter und Saturn, die Bildung und Migration von planetaren Objekten und Asteroiden antreiben können. Die Grand-Tack-Hypothese legt nahe, dass Asteroiden durch die Gravitationskräfte des Riesenplaneten Jupiter getrennt wurden und die anschließende Migration dann die beiden Asteroidengruppen vermischte.

Taruno fügte hinzu: „Diese frühe Bewegung von kohlenstoffhaltigen Chondrit-Asteroiden schafft die Voraussetzungen für eine weitere Streuung wasserreicher Objekte – möglicherweise zur Erde – in der späteren Entwicklung des Sonnensystems." Dies könnte ein Muster sein, das auch Exoplaneten-Systemen gemeinsam ist.

10. Dezember 2020/SP
Verein Kuffner-Sternwarte