Elektronenmikroskopische, magnetische Fluss- und Farbradkartenbilder des Meteoriten. (Kimura et al., ApJL, 2021) Das Sonnensystem ist geradezu mies, wenn es um Magnetfelder geht. Sie drapieren um (die meisten) Planeten und ihre Monde, die mit dem systemweiten Magnetfeld interagieren, das von der Sonne ausgeht.
Obwohl sie mit bloßem Auge nicht sichtbar sind, hinterlassen diese Magnetfelder ihre Spuren. Die Erdkruste ist beispielsweise mit magnetischen Materialien durchsetzt eine paläomagnetische Aufzeichnung behalten des sich ändernden Magnetfelds des Planeten. Und wenn wir das Glück haben, Meteoriten zu finden, können sie uns etwas über das Magnetfeld in der Umgebung erzählen, in der sie sich vor Milliarden von Jahren gebildet haben.
Die meisten Meteoriten, die wir auf diese Weise untersuchen, stammen aus dem Asteroid Gürtel, der dazwischen sitzt Mars Und Jupiter . Aber Astronomen aus Japan haben gerade eine neue Methode entwickelt, um die magnetischen Materialien in Meteoriten aus viel, viel größerer Entfernung zu untersuchen – und damit ein neues Werkzeug zum Verständnis der äußeren Bereiche des frühen Sonnensystems bereitgestellt.
„Primitive Meteoriten sind Zeitkapseln aus Urmaterialien, die zu Beginn unseres Sonnensystems entstanden sind.“ sagte der Astronom Yuki Kimura vom Institut für Niedertemperaturwissenschaft der Universität Hokkaido in Japan.
„Um die physikalische und chemische Geschichte des Sonnensystems zu verstehen, ist es entscheidend, verschiedene Arten von Meteoriten unterschiedlicher Herkunft zu analysieren.“
Die Technik wird als paläomagnetische Elektronenholographie im Nanometerbereich bezeichnet. Es nutzt die leistungsstarke Technik der Elektronenholographie, bei der die von Elektronenwellen in einem Material erzeugten Interferenzmuster untersucht werden, um die Struktur dieses Materials zu verstehen. Auf der Nanoskala entstehen dadurch Daten mit sehr hoher Auflösung.
Anschließend wandten sie diese Technik auf einen ganz besonderen Meteoriten namens Tagish-Lake-Meteorit an. Dieser Meteorit fiel im Jahr 2000 auf die Erde und wurde danach sehr schnell geborgen, was bedeutet, dass er durch die Umgebung, in der er einschlug, wahrscheinlich nicht wesentlich verändert wurde.
Frühere Analysen deuteten darauf hin, dass der Meteorit ungewöhnlich ursprünglich war und sich vor etwa 4,5 Milliarden Jahren bildete – nur wenige Millionen Jahre nach der Entstehung der Sonne. Seine Flugbahn deutet darauf hin, dass er aus der Region des Asteroidengürtels zur Erde gereist ist, und die Rekonstruktion legt nahe, dass er sich in der Nähe befand 4 Meter breit vor atmosphärischem Eintritt.
Es enthält auch Magnetit. Als dieser Meteorit heiß und geschmolzen war, hätten alle externen Magnetfelder den Magnetit entlang seiner Feldlinien verändert und ausgerichtet. Als das Gestein abkühlte und aushärtete, hätten sich diese Ausrichtungen festgelegt und einen Fossilbericht dieses Magnetfelds hinterlassen.
Basierend auf ihrer elektronenholographischen Bildgebung und numerischen Simulationen konnte Kimuras Team auf die Geschichte des Tagish-Lake-Meteoriten schließen.
Sie fanden heraus, dass sich der Mutterkörper des Meteoriten etwa drei Millionen Jahre nach der Entstehung der Mineralien im Sonnensystem im Kuipergürtel, der eisigen Region hinter Neptun, gebildet hat. Dort erreichte es eine Größe von etwa 160 Kilometern Durchmesser.
Von diesem Punkt aus wanderte es nach innen in Richtung des Asteroidengürtels, möglicherweise aufgrund der Störung durch die Wanderung des Jupiter, ein Prozess, der im Sonnensystem erhebliche gravitative Schäden anrichtete.
Während dieses Prozesses – etwa 4 bis 5 Millionen Jahre nach der Entstehung der Mineralien – wurde der Tagish-Meteorit von einem etwa 10 Kilometer großen Körper getroffen, der sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 Kilometern pro Sekunde bewegte.
Das Team kam zu dem Schluss, dass sich der Magnetit im Inneren des Meteoriten gebildet hätte, als sich der Mutterkörper dadurch auf etwa 250 Grad Celsius erhitzte radiogen interne Erwärmung, kombiniert mit der Hitze des Aufpralls. Dann hing es einfach da, blieb sein ursprüngliches Selbst, bis es schließlich auf die Erde prallte.
Dies liefert neue Hinweise darauf, wie das Sonnensystem zu dem Zustand kam, wie es heute ist – ein Prozess, der weitgehend rätselhaft ist. Das Team wendet seine Technik nun an Proben des Asteroiden Ryugu an, die von der Hayabusa2-Sonde geborgen wurden, in der Hoffnung, mehr zu enthüllen.
„Unsere Ergebnisse helfen uns, Rückschlüsse auf die frühe Dynamik von Körpern des Sonnensystems zu ziehen, die mehrere Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems stattfand, und deuten auf eine hocheffiziente Bildung der äußeren Körper des Sonnensystems, einschließlich Jupiter, hin.“ sagte Kimura .
„Unsere paläomagnetische Methode im Nanometerbereich wird eine detaillierte Geschichte des frühen Sonnensystems enthüllen.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .