Καυτοί αστεροειδείς κάνουν πιθανότερους τους πλάνητες σαν τη Γη

Από σελίδα του ABC News, 3 Απριλίου 2003

Νεαρά αστέρια πέρα από το ηλιακό μας σύστημα μπορούν να σχηματίσουν βραχώδεις πλανήτες, σαν τη Γη, από αέριο και σκόνη, προτείνει μια νέα μελέτη των μετεωριτών κατά την οποία βρέθηκε ότι πλανήτες σαν τη Γη σχηματίζονται πιο γρήγορα από ότι προηγουμένως οι φυσικοί θεωρούσαν.

Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, Γερμανοί και Γάλλοι γεωλόγοι έχουν αναδημιουργήσει τις θερμοκρασιακές ιστορίες διάφορων μετεωριτών, οι οποίοι διαχωρίστηκαν από έναν ενιαίο αρχαίο αστεροειδή, ο οποίος χρονολογείται από τη γέννηση του ηλιακού μας συστήματος.

Αυτή η τεχνική που ονομάζεται "θερμοχρονομετρία" δείχνει επίσης ότι ο αστεροειδής θερμάνθηκε από το εσωτερικό προς τα έξω.

Καθοδηγημένη από το Mario Trieloff του Ινστιτούτου Μεταλλευμάτων του Πανεπιστημίου της Χαϊδελβέργης, η ομάδα αυτή χρησιμοποίησε μια έξυπνη σειρά "ραδιομετρικών ρολογιών" - φυσικά ραδιενεργά ισότοπα, όπως ο μόλυβδος (Pb), κάλιο- αργό (Κ-Ar), και το πλουτώνιο (Pu), που διασπώνται με γνωστούς ρυθμούς, - προκειμένου να μετρηθεί ο ρυθμός της ψύξης του αστεροειδή.

Οι αστεροειδείς έχουν μια δομή σε στρώσεις μάλλον όπως ένα κρεμμύδι. Ο ένας τύπος αστεροειδή θερμάνθηκε σε απίστευτα υψηλές θερμοκρασίες, έλιωσε και σχηματίστηκαν μεταλλικοί πυρήνες σιδήρου και νικελίου, με έναν εξωτερικό μανδύα από  μεταλλεύματα πυριτικών αλάτων - παρόμοιων με τους γήινους πλανήτες, Ερμή, Αφροδίτη, Γη και τον Άρη.

Μια άλλη κλάση "αδιαφοροποίητων" αστεροειδών δεν θερμάνθηκε αρκετά για να λειώσει ή να διαμορφώσει έναν μεταλλικό πυρήνα. Περιέχουν "σταγόνες" βράχων μεγέθους  χιλιοστού, που είναι οι λειωμένοι κόκκοι της σκόνης του αρχικού ηλιακού νεφελώματος, προτού να σχηματιστούν μεγαλύτερα σώματα, κάπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Αυτές οι μικροσκοπικές χρονικές κάψες καλούνται "χονδρούλες", και οι μετεωρίτες στους οποίους βρίσκονται, "χονδρίτες".

Οι μετεωρίτες είναι δείγματα από διαφορετικά βάθη - και επομένως και θερμοκρασιών - ενός αστεροειδή, ανακλώντας την ιστορία του σχηματισμού του. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν  τους "H-χονδρίτες" (το H δηλώνει "υψηλό μεταλλικό σίδηρο"), που ήξεραν ότι παρήχθησαν από τον ίδιο γονέα, επειδή είχαν κοινή σύνθεση των ισοτόπων του οξυγόνου, των οξειδίων, και των μεταλλευμάτων που σχηματίζουν τους βράχους.

"Μέρος του προβλήματός μας ήταν ότι είχαμε τους μετεωρίτες, ή μικρά τεμάχια από αυτόν τον αστεροειδή, αλλά δεν ξέραμε ακριβώς από ποια βάθη προέρχονταν, είπε ο Trieloff. "Η μελέτη μας έλεγξε τα θεωρητικά μοντέλα συγκρίνοντας τα με τα πειράματά μας για να αναδημιουργήσει τις θερμικές ιστορίες των βράχων, που προέρχονται από διαφορετικά βάθη του αστεροειδούς."

Ραδιενεργός διάσπαση

"Οι μέθοδοι χρονολόγησης χρησιμοποιούν τη διάσπαση των φυσικών ραδιενεργών στοιχείων όπως του Καλίου ⁴⁰K (που διασπάται σε Αργό ⁴⁰Ar), και το Πλουτώνιο  ²⁴⁴Pu που ήταν  το μόνο που υπήρχε στο αρχικό ηλιακό μας σύστημα, οφειλόμενο στο σχετικά μικρό χρόνο  ημιζωής του, 80 εκατομμύρια χρόνια. Οι "ηλικίες" που καθορίζονται κατ' αυτό τον τρόπο δεν σημαίνει ότι οι βράχοι άρχισαν να υπάρχουν σε εκείνο τον χρόνο, αλλά είναι οι "ηλικίες ψύξης" όταν έπεσε η θερμοκρασία του βράχου κάτω από μια συγκεκριμένη θερμοκρασία."

Παραδείγματος χάριν, εάν η "ηλικία" του Κ-Ar του αστρίου στο δείγμα ήταν 4.4 δισεκατομμύρια χρόνια, αυτό θα έδειχνε πότε αρχικά θα θερμάνθηκε το μετάλλευμα στους 280°C. Σε μικρότερη από αυτήν την θερμοκρασία, το φυσικό ραδιενεργό προϊόν της διάσπασης του Καλίου 40 θα διατηρούταν στο μετάλλευμα ως Αργό 40.

Η πηγή ενέργειας που θερμαίνει μικρούς αστεροειδείς στο εσωτερικό τους - αρκετά όμως για να λειώσουν και να σχηματισθούν πυρήνες σιδήρου - είναι ένα μεγάλο μυστήριο. Οι θεωρίες περιλαμβάνουν την θερμότητα από τη δριμεία  πυράκτωση ενός αρχικού πρωτο-ήλιου, την επαγωγική θέρμανση από ανέμους ιόντων-σωματιδίων, ή συγκρούσεις με  μεγαλύτερα αντικείμενα. Εντούτοις, κανένας από αυτούς τους λόγους δεν θα μπορούσε να ανεβάσει τη θερμοκρασία στα απαραίτητα υψηλά επίπεδα ενέργειας που απαιτούνται.

"Τέτοιες πηγές ενέργειας θα είχαν παραγάγει αστεροειδή όπου τα εκτεθειμένα εξωτερικά στρώματα του θα θερμάνθηκαν εντονότερα και θα ψύχθηκαν γρηγορότερα", εξηγεί ο Trieloff. "Οι μεμονωμένες εσωτερικές περιοχές θα είχαν θερμανθεί πιό ασθενικά, και θα είχαν ψυχθεί πιο αργά. Όμως τα αποτελέσματά μας δεν επιβεβαίωσαν μια τέτοια συμπεριφορά ψύξης".

Αντ' αυτού, οι ερευνητές βρήκαν μια προοδευτική έκθεση σε διαφορετικές θερμοκρασίες, από το πιο ψυχρό στο εξωτερικό σε πιο καυτό στο κέντρο. Αυτό υπονοεί ότι ο αστεροειδής θερμαινόταν από μέσα προς τα έξω.

"Χρησιμοποιήσαμε διάφορους μετεωρίτες και συμπεριφορά ψύξης που παρατηρήσαμε συμφωνεί με ένα μαθηματικό μοντέλο στο οποίο οι αστεροειδείς θερμαίνονται από την "ενέργεια διάσπασης" του αργιλίου ²⁶Al ." [Το ²⁶Al είναι ένα βραχύβιο ισότοπο του αργιλίου με ένα χρόνο ημιζωής 700.000 χρόνων, που ήταν παρόν στο αρχικό ηλιακό σύστημα]

¨"Είναι η πρώτη φορά που η ενέργεια διάσπασης του ²⁶Al έχει αποδειχθεί ως πηγή ενέργειας που θέρμανε ένα συγκεκριμένο μικρό σώμα στις απαρχές του ηλιακού μας συστήματος", λέει ο Trieloff. "Αυτά τα αποτελέσματα επίσης υπονοούν ότι η προσαύξηση των σωμάτων του μεγέθους των 100 km εμφανίστηκε μέσα σε λίγα εκατομμύρια χρόνια, διαφορετικά το ²⁶Al θα είχε διασπαστεί ως επί το πλείστον".

Συνδυάζοντας όλες αυτές τις πληροφορίες από τους μετεωρίτες, η ομάδα περιγράφει ως εξής το γονικό αστεροειδή.

Γεννημένος στα πρώτα-πρώτα εκατομμύρια χρόνια - την αυγή του ηλιακού συστήματος μας - με μια ακτίνα περίπου 100 km και με μια δομή σαν τους "φλοιούς κρεμμυδιών", που θερμαίνεται εσωτερικά από το ²⁶Al σε μια μέγιστη θερμοκρασία περίπου 850°C, που ψύχθηκε κατά τη διάρκεια των επόμενων 160 εκατομμυρίων ετών στους 120°C περίπου, και με περιεκτικότητα πιο πλούσια σε σίδηρο από οποιοδήποτε βράχο στη Γη.

"Εάν αυτή η προσαύξηση ήταν γρήγορη στο αρχικό ηλιακό μας σύστημα, τότε ο σχηματισμός των πλανητών γύρω από άλλα αστέρια θα μπορεί να εμφανιστεί ομοίως γρήγορα, και είναι πιθανή η ύπαρξη κι άλλων πλανητών σαν τη Γη", τελειώνει ο Trieloff.