Οι επιστήμονες ενδέχεται να ανακάλυψαν ένα από τα σημαντικότερα “εργοστάσια πλανητών” του Ηλιακού Συστήματος, κρυμμένο μόλις πέρα από τον Δία.  Όταν σχηματίστηκε για πρώτη φορά το Ηλιακό Σύστημα, ο νεαρός Ήλιος περιβαλλόταν από έναν απλωμένο δίσκο αερίων και σκόνης.

Κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών, μικροσκοπικοί κόκκοι μέσα σε αυτόν τον δίσκο συγκρούστηκαν και ενώθηκαν, σχηματίζοντας μεγαλύτερα βραχώδη σώματα που ονομάζονται πλανητοειδείς. Μερικά από αυτά τα αντικείμενα εξελίχθηκαν τελικά σε πλανήτες, ενώ άλλα έγιναν οι πρόγονοι των σημερινών αστεροειδών.

Οι ερευνητές υποψιάζονταν από καιρό ότι αυτή η διαδικασία ήταν χαοτική και ανομοιόμορφη, παρά εύρυθμη. Διαφορετικά τμήματα του πρώιμου Ηλιακού Συστήματος πιθανότατα εξελίχθηκαν υπό διαφορετικές συνθήκες, και πλανητοειδείς σε διάφορα στάδια ανάπτυξης ενδέχεται να σχηματίστηκαν την ίδια χρονική περίοδο.

Τώρα, επιστήμονες από το Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για την Έρευνα του Ηλιακού Συστήματος (MPS) στη Γερμανία δηλώνουν ότι εντόπισαν μια ιδιαίτερα σημαντική περιοχή ακριβώς πέρα από την τροχιά του Δία.

Επιστήμονες από το Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ εντόπισαν μια δακτυλιοειδή περιοχή πέρα από την τροχιά του Δία, η οποία λειτουργεί ως αποτελεσματική γενέτειρα πλανητοειδών, σύμφωνα με μελέτη στο The Astrophysical Journal.

Αυτή η περιοχή αποτελεί κομβικό σημείο για την κατανόηση του σχηματισμού του ηλιακού συστήματος. Οι προσομοιώσεις τους σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές υποδεικνύουν ότι, σε μια περίοδο περίπου δύο εκατομμυρίων ετών, η περιοχή αυτή παρήγαγε πλανητοειδείς με εντυπωσιακά διαφορετικές συστάσεις.

«Διαφορετικοί τύποι πλανητοειδών φαίνεται πως σχηματίστηκαν στην ίδια περιοχή του αρχέγονου δίσκου σκόνης και αερίων, απλώς σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.  Η περιοχή ακριβώς έξω από την τροχιά του Δία προσέφερε εξαιρετικές συνθήκες για αυτό», δήλωσε η Τζοάνα Ντραζκόφσκα (Joanna Drążkowska), επικεφαλής της Ομάδας Λίζε Μάιτνερ (Lise Meitner Group) για τον σχηματισμό πλανητών.

 

Η τροχιά του Δία δημιούργησε μια ισχυρή παγίδα σκόνης

Η έρευνα επικεντρώθηκε σε μια χρονική περίοδο περίπου δύο έως τεσσάρων εκατομμυρίων ετών μετά τη γέννηση του Ηλιακού Συστήματος. Μέχρι τότε, ο Δίας είχε ήδη παρασύρει και καθαρίσει το μεγαλύτερο μέρος του υλικού κοντά στην τροχιά του, αφήνοντας πίσω του ένα κενό στον περιβάλλοντα δίσκο αερίων και σκόνης.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η διαδικασία δημιούργησε επίσης έναν δακτύλιο αυξημένης πίεσης αερίων ακριβώς έξω από την τροχιά του Δία. Σωματίδια σκόνης που παρασύρονταν μέσα στον δίσκο παγιδεύτηκαν εκεί, με αποτέλεσμα να συσσωρευτούν τεράστιες ποσότητες υλικού.

Αυτές οι πυκνές συγκεντρώσεις σκόνης σχημάτισαν μικρούς σβώλους, γνωστούς ως «βότσαλα» (pebbles).  Προηγούμενες μελέτες είχαν ήδη δείξει ότι οι σβώλοι σκόνης μέσα σε αυτές τις «παγίδες σκόνης» μπορούσαν γρήγορα να εξελιχθούν σε πλανητοειδείς κατά τα πρώιμα στάδια του Ηλιακού Συστήματος. Ωστόσο, οι ερευνητές δεν γνώριζαν αν η ίδια περιοχή θα μπορούσε να συνεχίσει να παράγει σώματα με πολύ διαφορετικές συστάσεις σε βάθος μεγάλων χρονικών περιόδων.

Η νέα μελέτη υποδηλώνει ότι θα μπορούσε

Προηγμένες προσομοιώσεις έδειξαν ότι αρκετοί διακριτοί πληθυσμοί πλανητοειδών σχηματίστηκαν μέσα σε παγίδα σκόνης, παρουσιάζοντας μεγάλη ομοιότητα με χαρακτηριστικά μετεωριτών της Γης.

Τα αποτελέσματα της μελέτης συνδέουν τα χαρακτηριστικά αυτών των πλανητοειδών με συγκεκριμένες ομάδες μετεωριτών που έχουν ανακαλυφθεί στον πλανήτη μας.

«Για πρώτη φορά, καταφέραμε να αναπαραγάγουμε με ακρίβεια τα αποτελέσματα εργαστηριακών μελετών σε μετεωρίτες, χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές για το πρώιμο Ηλιακό Σύστημα. Οι μετεωρίτες λειτουργούν, κατά κάποιον τρόπο, ως λυδία λίθος για τις θεωρίες σχηματισμού των πλανητών», δήλωσε ο Διευθυντής του MPS και κοσμοχημικός Τόρστεν Κλάινε (Thorsten Kleine).

Αρχέγονοι μετεωρίτες αποκαλύπτουν στοιχεία για τον σχηματισμό των πλανητών

Οι μετεωρίτες είναι κομμάτια πετρώματος από το διάστημα που επιβιώνουν κατά την πτώση τους μέσα από την ατμόσφαιρα της Γης. Οι περισσότεροι θεωρούνται θραύσματα αρχέγονων πλανητοειδών που έχουν παραμείνει σε μεγάλο βαθμό αναλλοίωτοι από την πρωιμότερη εποχή του Ηλιακού Συστήματος. 

Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στους ανθρακούχους χονδρίτες, έναν πλούσιο σε άνθρακα τύπο λιθώδους μετεωρίτη.  Προηγούμενες εργαστηριακές μελέτες υποδηλώνουν ότι αυτοί οι μετεωρίτες σχηματίστηκαν πέρα από τον Δία, κατά την ίδια χρονική περίοδο που εξετάστηκε στις προσομοιώσεις

Οι επιστήμονες χωρίζουν τους ανθρακούχους χονδρίτες σε έξι ομάδες με βάση την ηλικία και τη σύστασή τους. Ορισμένοι είναι εύθραυστοι και αποτελούνται κυρίως από λεπτόκοκκο υλικό που θρυμματίζεται εύκολα. Άλλοι είναι πιο ανθεκτικοί και περιέχουν ορατά εγκλείσματα ενσωματωμένα μέσα σε πιο λεπτόκοκκο υλικό.

Στις προσομοιώσεις, τα υλικά αυτά αντιστοιχούσαν σε δύο διαφορετικές ουσίες που πιστεύεται ότι υπήρχαν στο νεαρό Ηλιακό Σύστημα. Η μία αποτελούνταν από εύθραυστο, λεπτόκοκκο υλικό σκόνης, ενώ η άλλη αποτελούνταν από πιο σταθερούς σβώλους που σχηματίστηκαν νωρίς σε θερμότερες περιοχές, προτού εξαπλωθούν σε ολόκληρο τον δίσκο.

«Για τις προσομοιώσεις μας, ήταν ζωτικής σημασίας να μοντελοποιήσουμε τη συμπεριφορά και την αλληλεπίδραση και των δύο υλικών, τόσο σε μικρή όσο και σε μεγάλη κλίμακα», δήλωσε η Νερέα Γκουρουτσάγκα (Nerea Gurrutxaga), διδακτορική φοιτήτρια στο MPS και πρώτη συγγραφέας της επιστημονικής δημοσίευσης.

Οι προσομοιώσεις αποκαλύπτουν πολλαπλές γενιές διαστημικών βράχων

Τα μοντέλα παρακoλούθησαν τόσο τις συγκρούσεις μεμονωμένων σωματιδίων όσο και τη μεγάλης κλίμακας κίνηση υλικού μέσα στον τεράστιο δίσκο αερίων. Τα σωματίδια μπορούσαν να κολλήσουν μεταξύ τους, να θρυμματιστούν, να παρασυρθούν προς το εσωτερικό με κατεύθυνση τον Ήλιο ή να συγκεντρωθούν σε πυκνές περιοχές.

Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι ο Δίας λειτούργησε ως ισχυρότερο εμπόδιο για τα μεγαλύτερα, πιο ανθεκτικά σωματίδια απ’ ό,τι για τους μικροσκοπικούς κόκκους σκόνης.

Παράλληλα, η δημιουργία νέων πλανητοειδών κατανάλωνε σταδιακά μέρος του διαθέσιμου υλικού.  Με την πάροδο του χρόνου, οι επιδράσεις αυτές προκάλεσαν τη συγκέντρωση διαφορετικών μειγμάτων υλικού στην περιοχή πέρα από την τροχιά του Δία.

Καθώς η ισορροπία άλλαζε, άρχισαν να αναδύονται σαφώς διακριτές γενιές πλανητοειδών.  Κατά τη διάρκεια των πρώτων 500.000 ετών, η ποσότητα του εύθρυπτου υλικού αρχικά μειώθηκε προτού αυξηθεί ξανά κατά το επόμενο εκατομμύριο έτη.

Τελικά, εμφανίστηκαν δύο διακριτοί πληθυσμοί πλανητοειδών. Η μία ομάδα αποτελούνταν κυρίως από εύθραυστο υλικό, ενώ στην άλλη κυριαρχούσε η πιο σταθερή ύλη.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι ακόμη παλαιότεροι τύποι μετεωριτών, πέρα από τους ανθρακούχους χονδρίτες, ενδέχεται επίσης να σχηματίστηκαν μέσα στην ίδια παγίδα σκόνης. «Υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις ότι οι παγίδες σκόνης αποτελούσαν την προτιμώμενη γενέτειρα των πλανητοειδών στο Ηλιακό μας Σύστημα», δήλωσε η Τζοάνα Ντραζκόφσκα.