Um buraco misterioso dentro do disco protoplanetário do sistema solar

Um estudo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts relata que um buraco misterioso existiu dentro do disco protoplanetário do sistema solar cerca de 4,567 bilhões de anos atrás, e provavelmente moldou a formação dos planetas do sistema solar. Esta imagem mostra a interpretação de um artista de um disco protoplanetário. Crédito: National Science Foundation, A. Khan

Os cientistas encontraram evidências de que o início do sistema solar abrigava uma lacuna entre as regiões interna e externa.

A fronteira cósmica, provavelmente causada pelo jovem Júpiter Ou um vento emergente, provavelmente por ter moldado a formação dos planetas menores.

No início do sistema solar, um “disco protoplanetário” de poeira e gás orbitava ao redor do Sol e eventualmente se fundiu nos planetas que conhecemos hoje.

Nova análise de meteoritos antigos por cientistas em Com Em outro lugar, eles relatam uma lacuna misteriosa dentro deste disco cerca de 4,567 bilhões de anos atrás, perto do local onde o cinturão de asteróides está hoje.

Os resultados da equipe foram publicados em 15 de outubro de 2021, em progresso da ciência, fornecem evidências diretas dessa lacuna.

“Na última década, observações mostraram que cavidades, lacunas e anéis são comuns em discos ao redor de outras estrelas jovens”, disse Benjamin Weiss, professor de ciências planetárias do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT. “Esses são sinais importantes, mas mal compreendidos, dos processos físicos pelos quais o gás e a poeira se transformam no sol e em planetas jovens.”

Da mesma forma, a causa desta lacuna em nosso sistema solar permanece um mistério. Uma possibilidade é que Júpiter possa ter tido uma influência. Quando o gigante gasoso se formou, sua imensa gravidade poderia ter empurrado o gás e a poeira em direção às bordas, deixando para trás uma lacuna no disco em desenvolvimento.

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Outra explicação pode ter a ver com o vento emergindo da superfície do disco. Os primeiros sistemas planetários estão sujeitos a fortes campos magnéticos. Quando esses campos interagem com um disco giratório de gás e poeira, eles podem produzir ventos fortes o suficiente para soprar o material, deixando um buraco no disco.

Independentemente de suas origens, a lacuna no início do Sistema Solar provavelmente serviu como uma fronteira cósmica, evitando que o material de cada lado dele interagisse. Essa separação física pode ter moldado a formação dos planetas do sistema solar. Por exemplo, no lado interno da lacuna, gás e poeira unidos como planetas terrestres, incluindo a Terra e Marte, conforme o gás e a poeira desceram para o outro lado da lacuna formada em regiões geladas, como Júpiter e seus gigantes gasosos vizinhos.

“É muito difícil passar por essa lacuna, e o planeta vai precisar de muito torque externo e impulso”, diz o autor principal e aluno de pós-graduação da EAPS Cauê Borlina. “Portanto, isso fornece evidências de que a formação de nossos planetas foi limitada a regiões específicas no início do sistema solar.”

Os co-autores com Weiss e Borlina incluem Eduardo Lima, Nilanjan Chatterjee e Elias Mansbach, do Massachusetts Institute of Technology. James Bryson, da Universidade de Oxford; e Xue-Ning Bai da Universidade de Tsinghua.

dividir no espaço

Na última década, os cientistas observaram uma estranha divisão na composição dos meteoritos que chegaram à Terra. Essas rochas espaciais foram originalmente formadas em diferentes épocas e locais durante a formação do sistema solar. Aqueles analisados ​​mostram um de dois grupos de isótopos. Raramente foram encontrados meteoritos com ambos – um mistério conhecido como “divisão isotópica”.

Os cientistas sugeriram que essa divisão pode ser o resultado de uma lacuna no disco do início do Sistema Solar, mas essa lacuna não foi confirmada diretamente.

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O grupo de Weiss analisa meteoritos em busca de sinais de campos magnéticos antigos. Quando um novo sistema planetário se forma, ele carrega consigo um campo magnético, cuja força e direção podem mudar dependendo dos vários processos dentro do disco em evolução. Quando a poeira velha se acumula em grânulos conhecidos como cartilagem, os elétrons dentro da cartilagem se alinham com o campo magnético no qual se formaram.

Os côndrulos podem ser menores do que o diâmetro de um fio de cabelo humano e são encontrados hoje em meteoritos. O grupo de Weiss é especializado em medir cartilagens para determinar os antigos campos magnéticos em que se formaram originalmente.

Em trabalho anterior, o grupo analisou amostras de um dos dois grupos de isótopos de meteoritos, conhecidos como meteoritos não carbonáceos. Acredita-se que essas rochas tenham se originado em um “reservatório” ou região do início do Sistema Solar, relativamente próximo ao sol. O grupo de Weiss identificou anteriormente o antigo campo magnético em amostras desta região próxima.

Meteor mismatch

Em seu novo estudo, os pesquisadores questionaram se o campo magnético seria o mesmo no segundo grupo isotópico de “carbono” de meteoritos, que, com base em sua composição isotópica, acredita-se que tenham se originado mais longe no sistema solar.

Eles analisaram a cartilagem, cada uma medindo cerca de 100 mícrons, de dois meteoritos carbonados descobertos na Antártica. Usando o Interferômetro Quântico Supercondutor, ou SQUID, um microscópio de alta resolução no laboratório de Weiss, a equipe determinou o antigo campo magnético original de cada côndrulo.

Surpreendentemente, eles descobriram que a força de seu campo era mais forte do que a dos meteoritos não carbonáticos mais próximos que eles mediram anteriormente. À medida que os sistemas planetários modernos se formam, os cientistas prevêem que a força do campo magnético deve diminuir com a distância do sol.

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Em contraste, Borlina e colegas descobriram que as cartilagens distais têm um campo magnético mais forte, em torno de 100 μT, em comparação com o campo de 50 μT na cartilagem proximal. Para referência, o campo magnético da Terra hoje é de cerca de 50 microtesla.

O campo magnético de um sistema planetário é uma medida de sua taxa de acreção, ou a quantidade de gás e poeira que ele pode puxar em direção ao seu centro ao longo do tempo. Com base no campo magnético do menisco carbônico, a região externa do sistema solar deve ter acumulado muito mais massa do que a região interna.

Usando modelos para simular diferentes cenários, a equipe concluiu que a explicação mais provável para a incompatibilidade nas taxas de acreção é uma lacuna entre as regiões interna e externa, o que poderia reduzir a quantidade de gás e poeira fluindo em direção ao sol das regiões externas.

“Tampas são comuns em sistemas protoplanetários e agora estamos mostrando que temos um em nosso próprio sistema solar”, diz Borlina. “Isso dá uma resposta a essa estranha divisão que vemos nos meteoritos e fornece evidências de que as cavidades influenciam a formação planetária.”

Referência: “Evidência Paleomagnética para uma Infraestrutura de Disco no Sistema Solar Inicial” por Kawi S. Burlina, Benjamin B. Weiss, James FJ Bryson, Shui Ning Bai, Eduardo A. Lima, Nilangan Chatterjee e Elias N. Mansbach, 15 de outubro de 2021 , progresso da ciência.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj6928

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, por NASAe a National Science Foundation.

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