I meteoriti di ferro del sistema solare sono composti da nuclei genitori appartenenti ai primi corpi dell'ambiente accreditati. I nuclei sono formati in due serbatoi isotopicamente distinti, compresi i tipi non carboniosi e carboniosi nel sistema solare interno ed esterno. In un nuovo rapporto ora pubblicato in Science Advances , Bidong Zhang e un team di scienziati in scienze della terra, planetarie e spaziali, presso l'Università della California a Los Angeles, e l'Applied Physics Laboratory della Johns Hopkins University, hanno misurato la composizione elementare dei gruppi di ferro carbonioso utilizzando la modellazione della cristallizzazione frazionata per ricostruire la massa composizioni e processi di cristallizzazione dei precedenti nuclei di asteroidi progenitori.

I risultati hanno mostrato una minore quantità di zolfo e una maggiore quantità di fosforo nei nuclei di ferro carbonioso rispetto ai nuclei non carboniosi. Il team ha collegato la diversa abbondanza di elementi tra i nuclei carboniosi alla distribuzione di inclusioni ricche di calcio e alluminio nel disco protoplanetario, che potrebbero essere state trasportate nel sistema solare esterno e distribuite in modo eterogeneo nel primo milione di anni di storia del sistema solare.

Capire la composizione asteroidale del primo sistema solare

Gli astrofisici classificano la maggior parte dei meteoriti in due categorie; i tipi carboniosi (abbreviato CC) e non carboniosi (abbreviato NC) che si basano su composizioni di azoto, ossigeno, titanio, nichel, tungsteno, molibdeno e rutenio. La dicotomia isotopica viene rivelata tramite anomalie nucleosintetiche che mostrano come i meteoriti carboniosi siano arricchiti in nuclidi del processo di cattura dei neutroni rapidi, rispetto ai meteoriti non carboniosi. La maggior parte dei meteoriti sembra provenire dal sistema solare interno (non carbonioso) o dal sistema solare esterno (carbonaceo). I ricercatori ipotizzano che i due serbatoi siano stati probabilmente separati dalla formazione di Giove più di 1 milione di anni fa, dopo la formazione di inclusioni ricche di calcio e alluminio (CAI).

I meteoriti di ferro possono essere ulteriormente classificati in caratteristiche magmatiche e non magmatiche, dove il primo è stato formato dalla cristallizzazione frazionata in nuclei metallici fusi ben miscelati all'interno di asteroidi differenziati. Le firme chimiche e le storie evolutive planetarie dei nuclei di asteroidi possono essere ricostruite mediante modelli di cristallizzazione frazionata. I modelli esistenti di cristallizzazione per i gruppi di ferro CC e NC erano basati principalmente su elementi di rutenio, germanio, palladio, iridio, osmio o oro.

In questo lavoro, Zhang e colleghi hanno utilizzato nuovi dati di analisi di attivazione neutronica ad alta precisione integrati con dati di spettrometria di massa al plasma accoppiati induttivamente. Hanno presentato i risultati per 19 elementi e stimato la composizione di nuclei di ferro carbonioso e di nuclei non carboniosi, per comprendere i processi responsabili del frazionamento degli elementi siderofili tra i nuclei e ricostruire i processi di cristallizzazione dei nuclei di ferro CC.

I ricercatori possono in genere modellare variazioni nelle concentrazioni di elementi siderofili di un gruppo di meteoriti di ferro magmatico tramite cristallizzazione frazionata. Ad esempio, l'aumento delle concentrazioni di zolfo e fosforo nei fusi metallici può influire sul comportamento dei siderofili. Inoltre, sebbene le concentrazioni di fosforo siano state misurate accuratamente nella maggior parte dei meteoriti di ferro, la presenza di zolfo non può essere determinata direttamente. Zhang e il team hanno generato un nuovo modello per determinare una composizione di massa iniziale con zolfo e fosforo per adattarsi alla maggior parte delle 18 tendenze interelemento di interesse. La strategia ha funzionato bene per una serie di elementi e ha portato allo sviluppo di diverse classificazioni elementari nel lavoro.

Elementi altamente siderofili (HSE) e pepite di metallo refrattario (RME)

I ricercatori hanno mostrato come le elevate concentrazioni di massa di elementi altamente siderofili (HSE) in un nucleo fossero dovute allo stato redox del corpo genitore o a una miscela di diverse abbondanze di metalli refrattari ad alta temperatura dalla nebulosa solare. Con le condriti carboniose, i ricercatori hanno osservato che gli elementi altamente siderofili erano arricchiti in inclusioni ricche di calcio e alluminio, rispetto ad altri componenti ricchi di silicati e pepite di metallo refrattario, che hanno contribuito a formare gli ospiti primari per gli elementi altamente siderofili.

Il lavoro ha ulteriormente esplorato gli elementi siderofili e l'abbondanza di zolfo/fosforo per supportare l'idea che il contenuto di zolfo possa avere un'influenza significativa sulla temperatura di differenziazione dei corpi progenitori del meteorite di ferro. Hanno esaminato il frazionamento dei siderofili volatili e moderatamente volatili, nonché i processi di cristallizzazione per comprendere l'origine dei nuclei di ferro CC e NCC. Il team ha stimato il modello di evoluzione del disco protoplanetario solare e le abbondanze HSE dei nuclei di ferro carbonioso utilizzando modelli di cristallizzazione frazionata per suggerire la formazione di asteroidi arricchiti con HSE più vicini a Giove nell'urto di pressione, mentre gli asteroidi condritici HSE si sono formati più lontano da Giove.

Prospettive:composizione asteroidale dei primi milioni di anni del sistema solare

In questo modo, Bidong Zhang e colleghi hanno descritto le composizioni di massa e i processi di cristallizzazione che si sono verificati nei primi milioni di anni della storia del sistema solare per creare nuclei di meteoriti di ferro di tipo carbonioso, che hanno portato all'evoluzione dei fusi metallici e dei nuclei di asteroidi. Hanno condotto la modellazione della cristallizzazione frazionata per ricostruire la composizione di massa e i processi di cristallizzazione delle tendenze degli interelementi nei gruppi di meteoriti di ferro di tipo carbonioso.

I risultati hanno mostrato la composizione del gruppo di ferro carbonioso (CC) e dei gruppi di ferro non carbonioso (NC) per dimostrare il loro contributo alla cristallizzazione e all'evoluzione compositiva. Mentre i nuclei di ferro CC si cristallizzavano in ambienti ossidati rispetto ai nuclei NC, avevano un contenuto di zolfo inferiore, fosforo, nichel più elevati e aumenti di elementi altamente siderofili nei loro fusi parentali, rispetto ai nuclei di ferro NC. + Esplora ulteriormente

Svelare il mistero di un meteorite rivela la storia dell'origine del sistema solare

© 2022 Rete Science X