Nel primo sistema solare, un "disco protoplanetario" di polvere e gas ruotava intorno al sole e alla fine si fondeva nei pianeti che conosciamo oggi.

Una nuova analisi di antichi meteoriti da parte di scienziati del MIT e altrove suggerisce che esisteva una misteriosa lacuna all'interno di questo disco circa 4.567 miliardi di anni fa, vicino al luogo in cui risiede oggi la cintura di asteroidi.

I risultati della squadra, che appare oggi in Progressi scientifici , fornire prove dirette di questa lacuna.

"Nell'ultima decade, osservazioni hanno mostrato che cavità, lacune, e gli anelli sono comuni nei dischi attorno ad altre giovani stelle, "dice Benjamin Weiss, professore di scienze planetarie presso il Dipartimento della Terra del MIT, Atmosferico, e Scienze Planetarie (EAPS). "Queste sono firme importanti ma poco comprese dei processi fisici attraverso i quali gas e polvere si trasformano nel giovane sole e nei pianeti".

Allo stesso modo, la causa di una tale lacuna nel nostro sistema solare rimane un mistero. Una possibilità è che Giove possa aver avuto un'influenza. Mentre il gigante gassoso prendeva forma, la sua immensa attrazione gravitazionale avrebbe potuto spingere gas e polvere verso la periferia, lasciando uno spazio vuoto nel disco in via di sviluppo.

Un'altra spiegazione potrebbe riguardare i venti che emergono dalla superficie del disco. I primi sistemi planetari sono governati da forti campi magnetici. Quando questi campi interagiscono con un disco rotante di gas e polvere, possono produrre venti abbastanza potenti da espellere materiale, lasciando un vuoto nel disco.

Indipendentemente dalle sue origini, una lacuna nel primo sistema solare probabilmente serviva da confine cosmico, impedendo al materiale su entrambi i lati di interagire. Questa separazione fisica potrebbe aver plasmato la composizione dei pianeti del sistema solare. Ad esempio, sul lato interno della fessura, gas e polvere si unirono come pianeti terrestri, compresi la Terra e Marte, mentre gas e polvere relegati al lato più lontano del divario formato nelle regioni più ghiacciate, come Giove e i suoi vicini giganti gassosi.

"È piuttosto difficile superare questo divario, e un pianeta avrebbe bisogno di molta coppia e momento esterni, " dice l'autore principale e studente laureato EAPS Cauê Borlina. "Quindi, ciò fornisce la prova che la formazione dei nostri pianeti era limitata a regioni specifiche nel primo sistema solare".

I coautori di Weiss e Borlina includono Eduardo Lima, Nilanjan Chatterjee, ed Elias Mansbach del MIT, James Bryson dell'Università di Oxford, e Xue-Ning Bai dell'Università Tsinghua.

Una spaccatura nello spazio

Nell'ultima decade, gli scienziati hanno osservato una curiosa spaccatura nella composizione dei meteoriti che si sono fatti strada sulla Terra. Queste rocce spaziali si sono originariamente formate in tempi e luoghi diversi mentre il sistema solare stava prendendo forma. Quelli che sono stati analizzati mostrano una delle due combinazioni di isotopi. Raramente è stato scoperto che i meteoriti mostrano entrambi, un enigma noto come "dicotomia isotopica".

Gli scienziati hanno proposto che questa dicotomia potrebbe essere il risultato di una lacuna nel disco del primo sistema solare, ma tale divario non è stato direttamente confermato.

Il gruppo di Weiss analizza i meteoriti alla ricerca di segni di antichi campi magnetici. Mentre un giovane sistema planetario prende forma, porta con sé un campo magnetico, la cui forza e direzione possono cambiare a seconda dei vari processi all'interno del disco in evoluzione. Come l'antica polvere si raccoglieva in grani noti come condri, elettroni all'interno di condrule allineati con il campo magnetico in cui si sono formati.

I Chondrules possono essere più piccoli del diametro di un capello umano, e si trovano oggi nei meteoriti. Il gruppo di Weiss è specializzato nella misurazione delle condrule per identificare gli antichi campi magnetici in cui si sono originariamente formate.

Nei lavori precedenti, il gruppo ha analizzato campioni di uno dei due gruppi isotopici di meteoriti, noti come meteoriti non carboniosi. Si pensa che queste rocce abbiano avuto origine in un "serbatoio, "o regione del primo sistema solare, relativamente vicino al sole. Il gruppo di Weiss aveva precedentemente identificato l'antico campo magnetico in campioni di questa regione ravvicinata.

Una mancata corrispondenza meteorite

Nel loro nuovo studio, i ricercatori si sono chiesti se il campo magnetico sarebbe stato lo stesso nel secondo isotopico, gruppo "carbonaceo" di meteoriti, quale, a giudicare dalla loro composizione isotopica, si pensa che abbiano avuto origine più lontano nel sistema solare.

Hanno analizzato i condri, ciascuna misura circa 100 micron, da due meteoriti carboniosi scoperti in Antartide. Utilizzando il dispositivo di interferenza quantistica superconduttore, o CALAMARI, un microscopio ad alta precisione nel laboratorio di Weiss, il team ha determinato l'originale di ogni chondrule, antico campo magnetico.

Sorprendentemente, hanno scoperto che la loro intensità di campo era più forte di quella dei meteoriti non carboniosi più vicini che avevano misurato in precedenza. Mentre i giovani sistemi planetari stanno prendendo forma, gli scienziati si aspettano che la forza del campo magnetico decada con la distanza dal sole.

In contrasto, Borlina e i suoi colleghi hanno scoperto che i condruli lontani avevano un campo magnetico più forte, di circa 100 microtesla, rispetto a un campo di 50 microtesla nelle condrule più vicine. Per riferimento, il campo magnetico terrestre oggi è di circa 50 microtesla.

Il campo magnetico di un sistema planetario è una misura del suo tasso di accrescimento, o la quantità di gas e polvere che può attirare nel suo centro nel tempo. Basandosi sul campo magnetico delle condrule carboniose, la regione esterna del sistema solare deve aver accumulato molta più massa rispetto alla regione interna.

Utilizzo di modelli per simulare vari scenari, il team ha concluso che la spiegazione più probabile per la mancata corrispondenza dei tassi di accrescimento è l'esistenza di un divario tra le regioni interne ed esterne, che avrebbe potuto ridurre la quantità di gas e polvere che fluisce verso il sole dalle regioni esterne.

"Le lacune sono comuni nei sistemi protoplanetari, e ora mostriamo che ne avevamo uno nel nostro sistema solare, " Dice Borlina. "Questo dà la risposta a questa strana dicotomia che vediamo nei meteoriti, e fornisce prove che le lacune influenzano la composizione dei pianeti".