La maggior parte dei meteoriti che sono atterrati sulla Terra sono frammenti di planetesimi, i primissimi corpi protoplanetari del sistema solare. Gli scienziati hanno pensato che questi corpi primordiali si fossero completamente sciolti all'inizio della loro storia o fossero rimasti come cumuli di macerie non sciolte.

Ma una famiglia di meteoriti ha confuso i ricercatori sin dalla sua scoperta negli anni '60. I diversi frammenti, trovato in tutto il mondo, sembrano essersi staccati dallo stesso corpo primordiale, eppure la composizione di questi meteoriti indica che il loro genitore doveva essere una chimera sconcertante che era sia fusa che non fusa.

Ora i ricercatori del MIT e altrove hanno determinato che il corpo genitore di questi rari meteoriti era davvero un multistrato, oggetto differenziato che probabilmente aveva un nucleo metallico liquido. Questo nucleo era abbastanza consistente da generare un campo magnetico che potrebbe essere stato forte quanto lo è oggi il campo magnetico terrestre.

I loro risultati, pubblicato sulla rivista Progressi scientifici , suggeriscono che la diversità dei primi oggetti nel sistema solare potrebbe essere stata più complessa di quanto gli scienziati avessero ipotizzato.

"Questo è un esempio di un planetesimo che deve avere strati fusi e non fusi. Incoraggia la ricerca di ulteriori prove di strutture planetarie composite, ", afferma l'autrice principale Clara Maurel, uno studente laureato presso il Dipartimento della Terra del MIT, Atmosferico, e Scienze Planetarie (EAPS). "Comprendere l'intero spettro di strutture, da non fuso a completamente fuso, è la chiave per decifrare come si sono formati i planetesimi nel primo sistema solare."

I coautori di Maurel includono il professore EAPS Benjamin Weiss, insieme ai collaboratori dell'Università di Oxford, Università di Cambridge, l'Università di Chicago, Laboratorio Nazionale Lawrence Berkeley, e il Southwest Research Institute.

Ferri strani

Il sistema solare si è formato circa 4,5 miliardi di anni fa come un vortice di gas e polvere supercaldi. Man mano che questo disco si raffreddava gradualmente, frammenti di materia si scontrarono e si fusero per formare corpi progressivamente più grandi, come i planetesimi.

La maggior parte dei meteoriti caduti sulla Terra ha composizioni che suggeriscono che provenissero da questi primi planetesimi che erano di due tipi:fusi, e non fuso. Entrambi i tipi di oggetti, gli scienziati credono, si sarebbe formato in tempi relativamente brevi, in meno di qualche milione di anni, all'inizio dell'evoluzione del sistema solare.

Se un planetesimo si fosse formato nei primi 1,5 milioni di anni del sistema solare, elementi radiogeni di breve durata potrebbero aver fuso completamente il corpo a causa del calore rilasciato dal loro decadimento. I planetesimi non fusi potrebbero essersi formati in seguito, quando il loro materiale aveva quantità inferiori di elementi radiogeni, insufficiente per fondere.

Ci sono state poche prove nel record di meteoriti di oggetti intermedi con composizioni sia fuse che non fuse, fatta eccezione per una rara famiglia di meteoriti chiamati ferri IIE.

"Questi ferri IIE sono meteoriti stravaganti, "Dice Weiss. "Mostrano entrambe le prove di essere provenienti da oggetti primordiali che non si sono mai sciolti, e anche prove per provenire da un corpo che è completamente o almeno sostanzialmente fuso. Non sapevamo dove metterli, ed è questo che ci ha fatto concentrare su di loro".

Tasche magnetiche

Gli scienziati hanno precedentemente scoperto che i meteoriti IIE fusi e non fusi hanno avuto origine dallo stesso antico planetesimo, che probabilmente aveva una crosta solida sopra un mantello liquido, come la Terra. Maurel e i suoi colleghi si sono chiesti se anche il planetesimo potesse ospitare un nucleo fuso.

"Questo oggetto si è fuso abbastanza da far affondare il materiale al centro e formare un nucleo metallico come quello della Terra?" Maurel dice. "Era il pezzo mancante della storia di questi meteoriti".

Il team ha pensato che se il planetesimo ospitasse un nucleo metallico, potrebbe benissimo aver generato un campo magnetico, simile al modo in cui il nucleo liquido ribollente della Terra produce un campo magnetico. Un campo così antico potrebbe aver fatto sì che i minerali nel planetesimale puntassero nella direzione del campo, come un ago in una bussola. Alcuni minerali potrebbero aver mantenuto questo allineamento per miliardi di anni.

Maurel e i suoi colleghi si sono chiesti se avrebbero potuto trovare tali minerali in campioni di meteoriti IIE che si erano schiantati sulla Terra. Hanno ottenuto due meteoriti, che hanno analizzato per un tipo di minerale di ferro-nichel noto per le sue eccezionali proprietà di registrazione del magnetismo.

Il team ha analizzato i campioni utilizzando Advanced Light Source del Lawrence Berkeley National Laboratory, che produce raggi X che interagiscono con i grani minerali su scala nanometrica, in un modo che possa rivelare la direzione magnetica dei minerali.

Abbastanza sicuro, gli elettroni all'interno di un numero di grani erano allineati in una direzione simile, prova che il corpo genitore ha generato un campo magnetico, possibilmente fino a diverse decine di microtesla, che riguarda la forza del campo magnetico terrestre. Dopo aver escluso fonti meno plausibili, il team ha concluso che il campo magnetico è stato molto probabilmente prodotto da un nucleo metallico liquido. Per generare un tale campo, stimano che il nucleo doveva essere largo almeno diverse decine di chilometri.

Tali planetesimi complessi con composizione mista (entrambi fusi, sotto forma di nucleo liquido e mantello, e non fuso sotto forma di una crosta solida), Maurel dice, probabilmente ci sarebbero voluti diversi milioni di anni per formarsi, un periodo di formazione più lungo di quanto gli scienziati avevano ipotizzato fino a poco tempo fa.

Ma da dove provengono i meteoriti all'interno del corpo genitore? Se il campo magnetico è stato generato dal nucleo del corpo genitore, ciò significherebbe che i frammenti che alla fine sono caduti sulla Terra non potrebbero provenire dal nucleo stesso. Questo perché un nucleo liquido genera solo un campo magnetico mentre è ancora agitato e caldo. Qualsiasi minerale che avrebbe registrato l'antico campo deve averlo fatto al di fuori del nucleo, prima che il nucleo stesso si sia completamente raffreddato.

Lavorando con i collaboratori dell'Università di Chicago, il team ha eseguito simulazioni ad alta velocità di vari scenari di formazione per questi meteoriti. Hanno dimostrato che era possibile per un corpo con un nucleo liquido entrare in collisione con un altro oggetto, e per quell'impatto per rimuovere il materiale dal nucleo. Quel materiale migrerebbe quindi nelle tasche vicine alla superficie dove si sono originati i meteoriti.

"Mentre il corpo si raffredda, i meteoriti in queste tasche imprimeranno questo campo magnetico nei loro minerali. Ad un certo punto, il campo magnetico decadrà, ma l'impronta resterà, " dice Maurel. "Più tardi, questo corpo subirà molte altre collisioni fino alle collisioni finali che collocheranno questi meteoriti sulla traiettoria della Terra".

Era un planetesimo così complesso un valore anomalo nel primo sistema solare, o uno dei tanti oggetti così differenziati? La risposta, Weiss dice, può trovarsi nella cintura di asteroidi, una regione popolata di resti primordiali.

"La maggior parte dei corpi nella fascia degli asteroidi appare non fusa sulla loro superficie, " dice Weiss. "Se alla fine saremo in grado di vedere all'interno degli asteroidi, potremmo testare questa idea. Forse alcuni asteroidi si sono sciolti dentro, e corpi come questo planetesimo sono in realtà comuni."