Kometen und Asteroiden bewahren die Bausteine unseres Sonnensystems und sollten helfen, seinen Ursprung zu erklären. Aber es gibt ungelöste Rätsel. Beispielsweise die Frage, wie eishaltige Kometen Teilchen einsammelten, die bei hohen Temperaturen entstanden und die Frage, wie diese hitzebeständigen Teilchen Randbereiche mit unterschiedlichen Zusammensetzungen bildeten. Der theoretische Astrophysiker Alan Boss und der Kosmochemiker Conel Alexander von der Carnegie Institution for Science sind die ersten, die die Bahnen solcher Teilchen in der instabilen Gas- und Staubscheibe modelliert haben, aus der das Sonnensystem entstand. Sie fanden heraus, dass diese hitzebeständigen Teilchen in der heißen, inneren Scheibe gebildet worden sein könnten und dann in die eisigen, äußeren Regionen reisten, um als eishaltige Kometen zu enden. Ihre schlängelnden Hin- und Herbewegungen könnten helfen, die unterschiedlichen Zusammensetzungen ihrer Randbereiche zu erklären. Die Forschungsarbeit wurde in den Earth and Planetary Science Letters veröffentlicht.
Man denkt, dass die junge Sonne eine Reihe von Ausbrüchen erfahren hat, welche durch das schnelle Einfallen von Gas aus der Scheibe auf die Sonne ausgelöst wurden. Der gängige Mechanismus, um derartige Ausbrüche zu erklären, ist eine Phase der Instabilität in der Scheibe. Die Forscher modellierten die Bahnen von mehreren hundert zentimetergroßen Melitit-Mineralteilchen während einer Phase der Instabilität. Diese Teilchen sind vergleichbar mit calcium-aluminium-reichen Einschlüssen (calcium-aluminium rich inclusions, CAIs); die hitzebeständigen Teilchen wurden oft in gut erhaltenen Meteoriten und im Kometen Wild 2 gefunden.
Ihr Scheibenmodell setzte eine gravitativ leicht instabile, komplett dreidimensionale Scheibe voraus, deren Masse etwa fünf Prozent der heutigen Sonnenmasse betrug und deren Temperaturen zwischen eisigen 60 Kelvin in den äußeren Regionen und glühend heißen 1.500 Kelvin in der Nähe des Zentrums lagen. Ihre Berechnungen erlaubten den CAIs, in der Scheibe zu kreisen, während sie dem Gaswiderstand und der Gravitation der Scheibe und der Sonne ausgesetzt waren.
Die Teilchen begannen gleichzeitig mit dem Umkreisen, aber nach ungefähr 20 Jahren begannen ihre Bahnen, sich entscheidend zu verändern. Die meisten trafen auf die innere Grenze der Scheibe bei einer Astronomischen Einheit (der Entfernung zwischen Erde und Sonne), während andere sich an die äußere Grenze bei zehn Astronomischen Einheiten bewegten, wo sie von einem wachsenden Kometen aufgesammelt werden konnten. Etwa zehn Prozent migrierten in der Scheibe vor und zurück, bevor sie auf die eine oder die andere Grenze trafen.
Anschließend modellierten die Forscher die Verdampfungs- und Kondensationsprozesse, die die Teilchen auf ihrer Migration durchmachen würden und fanden heraus, dass solche Teilchen wahrscheinlich äußere Randbereiche mit verschiedenen Isotopen-Zusammensetzungen bilden, welche kürzlich für die Bestimmung von CAIs benutzt wurden.
“Man nimmt an, dass CAIs sich in der Frühphase des Sonnensystems gebildet haben. Unsere Ergebnisse zeigen, dass sie eine bemerkenswert komplexe Vergangenheit durchlebt haben müssen, als sie in chaotischer Weise durch die Scheibe transportiert wurden”, betonte Alexander.
Die Wanderungen könnten die unterschiedlichen Sauerstoff-Isotope erklären, die in aus Meteoriten stammenden Teilchen entdeckt wurden. Sauerstoff-Isotope sind Variationen von Sauerstoff-Atomen mit verschiedener Neutronenanzahl, was bei den Randbereichen der Teilchen auf verschiedene Entstehungsbedingungen hindeutet.
Vorherige Forschungsarbeiten von Boss hatten gezeigt, dass die Häufigkeiten von Sauerstoff-Isotopen in einer instabilen Scheibe um einen Bereich schwanken können, der in Meteoriten gefunden wurde. Zusammen mit den neuen Ergebnissen zeigen diese Modelle, dass mehrere Rätsel wohl gelöst wurden: Eine instabile Scheibe kann sowohl den Transport hitzebeständiger Teilchen nach außen, als auch die eigentümlichen Zusammensetzungen der Randbereiche erklären, die sie auf ihren Reisen angesammelt haben.
“Es ist schön, zwei Probleme auf einmal zu lösen”, sagte Boss. “Aber bezüglich Meteoriten gibt es noch viele weitere Rätsel, an denen wir arbeiten müssen.”
Quelle: http://carnegiescience.edu/news/two_solar_system_puzzles_solved
(THK)
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