اولین سیارات منظومه شمسی از آتش و نه از یخ تشکیل شده اند

یکی از این دیدگاه ها به یک سوال ساده می پردازد: آیا منظومه شمسی در ابتدا بیشتر به مواد آتشین تمایل داشت یا یخی؟ یک مطالعه جدید منتشر شده در Nature Astronomy به رهبری دامنویر گروال، استادیار علوم زمین و سیاره‌ای در دانشگاه ییل و همکارانش، پاسخ روشنی را ارائه می‌دهد: منظومه شمسی اولیه تمایل بیشتری به آتش داشت.

البته تقسیم مواد اولیه به دو گروه آتش و یخ ساده‌سازی کار است. محققان در واقع دریافته اند که مواد خام بیشتر به سمت کندرول ها یا ماتریس ها هستند. کندرول ها در اثر رویدادهای بسیار گرم تشکیل شدند، در حالی که ماتریس ها در محیط های سردتر و یخی تشکیل شدند.

کندرول‌ها تکه‌های سنگی جامد به اندازه میلی‌متر هستند که وقتی توده‌های گرد و غبار در خلاء فضا در معرض حرارت شدید قرار می‌گیرند، تشکیل می‌شوند. امواج ضربه ای عظیم ناشی از انفجارهای ابرنواختری می تواند چنین شرایطی را ایجاد کند. سپس این ذرات ذوب شدند و به قطرات مایع تبدیل شدند و سپس با سرعت زیاد سرد شدند. نتیجه، دانه های بسیار ریز سنگریزه مانندی بود که به تعداد زیاد تشکیل شدند.

از سوی دیگر، ماتریس ها ظاهراً تحت تأثیر همان امواج ضربه ای که غضروف ها را تشکیل می دادند، قرار نگرفتند. این مواد از دانه های غبار سبک و کرکی تشکیل شده اند و حاوی مقدار زیادی مواد فرار از جمله یخ آب هستند. دلیل دقیق فرار این ذرات از همان امواج شدید هنوز به طور کامل شناخته نشده است. با این حال، اگر یک شهاب سنگ از منظومه شمسی اولیه را بررسی کنید، هر دو نوع ماده را در کنار هم خواهید دید.

دانشمندان از مدت‌ها قبل می‌دانستند که در مراحل نسبتاً اولیه منظومه شمسی، حدود ۲ تا ۴ میلیون سال پس از شکل‌گیری آن، گرایش به مواد آذرین یا غضروف‌ها وجود داشت. با این حال، دامنویر گروال و گروه تحقیقاتی اش می خواستند دوره ای حتی قدیمی تر را بررسی کنند. یعنی تقریباً یک میلیون سال اول زندگی منظومه شمسی.

متأسفانه هیچ توده جامدی از آن دوره بسیار باستانی تا به امروز به همان حالت اولیه باقی نمانده است. دلیل اصلی این مشکل وجود نوعی آلومینیوم رادیواکتیو به نام آلومینیوم-26 است. نیمه عمر این ماده تنها حدود 705 هزار سال بود و احتمالاً یک ابرنواختر نزدیک آن را به محیط منظومه شمسی آورده است. هنگامی که آلومینیوم-26 در سیاره های اولیه انباشته شد، گرمای حاصل از فروپاشی رادیواکتیو آن اجسام را ذوب کرد و ساختار داخلی آنها را به شدت در هم پیچید. در نتیجه، دیگر نمی‌توان تشخیص داد که اجزای اصلی آن‌ها کندرول هستند یا ماتریس.

سرنخ هایی در شهاب سنگ های آهنی

گروه Damanveer Grewal برای یافتن پاسخ به راه حل دیگری روی آوردند. شهاب‌سنگ‌های آهنی از منظومه شمسی اولیه هنوز در زمین یافت می‌شوند و ممکن است در اثر برخوردهای بسیار شدید بین سیاره‌های اولیه شکل گرفته باشند. در این اجسام دو علامت مهم وجود دارد که می تواند توزیع اولیه مواد آذرین و یخی را آشکار کند: میزان گوگرد و حالت اکسیداسیون آهن.

با اندازه‌گیری این دو ویژگی و استفاده از مدل‌هایی برای بررسی چگونگی شکل‌گیری آنها، محققان دریافتند که شهاب‌سنگ‌های آهنی دارای مقدار بسیار کمی ماده ماتریس هستند. این مقدار تنها حدود 8 تا 17 درصد برآورد شد. به عبارت دیگر سهم مواد یخی در آنها بسیار کم بود. هر دو شاخص همچنین به یک نتیجه مشترک اشاره کردند: منظومه شمسی اولیه به طور قابل توجهی به سمت مواد سنگی و غضروفی گرایش داشت.

این نتیجه از دیدگاه فیزیک منظومه شمسی جوان نیز منطقی به نظر می رسد. دیسک پیش سیاره ای عظیمی که در اطراف خورشید شکل گرفته است می تواند مانند یک سانتریفیوژ غول پیکر عمل کند. سانتریفیوژها موادی با چگالی مشابه را جمع آوری می کنند و کندرول ها نیز رفتار مشابهی داشتند. این فرآیند به آنها اجازه داد تا دور هم جمع شوند و اولین سیاره های کوچک را تشکیل دهند. در مقابل، ماتریس‌ها به دلیل ساختار سبک‌تر و کرکی‌شان بیشتر مستعد پراکندگی بودند. این مواد در نهایت در اجسامی که بعداً شکل گرفتند، از جمله دنباله‌دارها جمع شدند.

به طور کلی، این تحقیق گام دیگری برای درک بهتر روزهای اولیه منظومه شمسی است و نتایج آن تا حد زیادی با پیش‌بینی‌های بسیاری از دانشمندان سیاره‌شناسی مطابقت دارد. با این حال، سؤالات مهم بی پاسخ مانده است. از جمله اینکه دقیقاً آلومینیوم-26 که سیاره های اولیه را ذوب کرد از کجا آمده و چرا برخی از مواد به طور ناگهانی و شدید حرارت داده شده تا غضروف ها را تشکیل دهند، در حالی که قسمت دیگر گرم نشده است.

پاسخ به این سوالات نیازمند تحقیقات آینده و داده های جدید است. از آنجایی که آثار بسیار کمی از مراحل اولیه شکل‌گیری منظومه شمسی تا به امروز باقی مانده است، محققان مجبور هستند برای حل این معماها به ایده‌های خلاقانه‌تر و روش‌های جدید روی آورند.