Skaliste planety znajdujące się najbliżej Słońca zbudowane są z bardzo różnych materiałów niż gazowe olbrzymy w zewnętrznym Układzie Słonecznym. To dlatego, że miliardy lat temu nasz mały układ słoneczny został podzielony na dwie części przez kosmicznego strażnika, który zapobiegał mieszaniu się materiałów w wewnętrznych i zewnętrznych obszarach.
Okazuje się, że strażnik był pierścieniem pyłu i gazu, według nowego badania. Ogrodzenie, czyli „Wielka Podział”, termin wymyślony przez autorów, jest teraz w większości pustą przestrzenią na orbicie Jowisza.
Około dwudziestu lat temu chemicy zdali sobie sprawę, że bloki budulcowe planet - planetozymale wielkości asteroid lub znacznie mniejsze „kamyki” - miały bardzo różne składy w zależności od ich odległości od Słońca. Kamyczki, które budowały planety zewnętrzne lub „jowiszowe”, zawierały wyższe stężenia cząsteczek organicznych, takich jak węgiel i substancje lotne, lub lody i gazy, niż te, które budowały planety „ziemskie” bliżej Słońca, takie jak Ziemia i Mars.
Było to jednak zagadkowe, ponieważ teoria przewidywała, że kamyki z zewnętrznego układu słonecznego powinny spiralnie skręcać w kierunku wewnętrznego układu słonecznego, z powodu tak zwanego „oporu gazu” lub przyciągania grawitacyjnego gazu otaczającego młode słońce.
Przed tymi badaniami naukowcy sądzili, że „ścianą grawitacyjną, która uniemożliwiała zmieszanie między wewnętrznym a zewnętrznym dyskiem naszego rodzącego się układu słonecznego, był Jowisz”, powiedział starszy autor Stephen Mojzsis, profesor geochemii na University of Colorado Boulder. Chodziło o to, że Jowisz był tak duży, a jego siła grawitacji tak silna, że pochłonęły małe kamyki, zanim dotrą do wewnętrznego układu słonecznego.
Aby przetestować tę teorię, Mojzsis i główny autor Ramon Brasser, badacz z Earth-Life Science Institute w Tokyo Institute of Technology w Japonii, stworzyli symulacje komputerowe, które odtworzyły wzrost wczesnego układu słonecznego i planet w nim zawartych.
Symulacja wykazała, że Jowisz nie mógł rosnąć wystarczająco szybko, aby powstrzymać wszystkie bogate w węgiel kamyki przed dostaniem się do wewnętrznego układu słonecznego. W rzeczywistości większość kamyków z zewnętrznego układu słonecznego przechodzi bezpośrednio przez rosnącego Jowisza.
„Jowisz jest bardzo nieefektywnym strażnikiem” - powiedział Mojzsis Live Science. „To tak, jakby porowate imigranci z zewnętrznego układu słonecznego zalali wewnętrzny układ słoneczny”. Dodał, że sam Jowisz przepuściłby wiele kamyków, co oznaczałoby, że planety w zewnętrznym i wewnętrznym układzie słonecznym miałyby podobny skład.
Zamiast tego dwaj naukowcy zaproponowali inną teorię: na początku historii Układu Słonecznego mógł istnieć pierścień lub wiele pierścieni naprzemiennych pasm gazu i pyłu o wysokim i niskim ciśnieniu krążących wokół Słońca. Pierścienie te zapobiegłyby przemieszczaniu się kamyków do wewnątrz. Swoją hipotezę oparli na obserwacjach z Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) w Chile, które wykazały, że około 2 na 5 młodych gwiazd miało wokół siebie dyski podobne do byka.
Te dyski wysokociśnieniowe mogły uwięzić pył i spowodować jego agregację w odrębne grupy - takie, które utworzyłyby Jowisza i Saturna, a na przykład inną Ziemię i Marsa. Mojzisis powiedział, że jeden z tych zlewów mógłby zapobiec przemieszczaniu się zewnętrznych kamyków w stronę słońca, tworząc Wielki Podział. Mimo to ten pierścień nie byłby w pełni zapieczętowany. Dodałoby, że dzięki temu kamyki węglowe mogłyby wpłynąć do wewnętrznego układu słonecznego, tworząc ziarna życia na Ziemi.
To „ciekawy pomysł” - powiedział Michiel Lambrechts, doktorant w obserwatorium Lund w Szwecji, który nie był częścią badania. „Jednak chociaż autorzy prezentują pracę ilustrującą wyzwanie dzielenia wewnętrznych i zewnętrznych zbiorników stałych z rosnącym Jowiszem, nie tworzą podobnie szczegółowego modelu pierścieniowego”.
Dodał, że ten model pierścieniowy musi pokazywać, w jaki sposób otoczaki są uwięzione i jak planety rosną w takich pułapkach. Do tego czasu „trudno jest zdecydowanie faworyzować ten model pierścienia w porównaniu z innymi potencjalnymi wyjaśnieniami”.
Odkrycia zostały opublikowane dzisiaj (13 stycznia) w czasopiśmie Nature Astronomy.
