Eine in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie eines internationalen Teams unter der Leitung des Institut de physique du globe de Paris (Institut de Physique du Globe de Paris/CNRS/Université Paris Cité), in Zusammenarbeit mit dem Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (IMPMC) (CNRS/MNHN/Sorbonne Université), dem Institute of Geochemistry and Petrology (IGP) (ETH Zürich) und dem Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CRPG) (CNRS/Université de Lorraine), wirft heute ein neues Licht auf diesen grundlegenden Moment.
Bild des Protosterns L1527, beobachtet vom JWST. Eine protoplanetare Scheibe ist im Entstehen.
@ Nasa
Eine plötzliche und extreme Abkühlung, Motor der Materialvielfalt...
Seit Jahrzehnten beschreiben Modelle die Bildung der ersten Minerale als einen langsamen Kondensationsprozess, der vom chemischen Gleichgewicht bestimmt wird: Durch langsames Abkühlen soll das Gas des solaren Nebels wohlgeordnete Mineralansammlungen hervorgebracht haben. Aber diese Sichtweise hat Schwierigkeiten, die Vielfalt der Meteorite zu erklären, diese uralten Fragmente, die von den ersten Schritten der Planetenentstehung zeugen.
Die Forscher untersuchten eine andere Hypothese. Mithilfe eines neuen Modells, das die Kondensation des solaren Gases im Ungleichgewicht beschreibt, zeigen sie, dass in einer Umgebung mit starker Erhitzung und schneller Abkühlung die Materie keine Zeit hat, den Gesetzen des thermodynamischen Gleichgewichts zu folgen. Sie erstarrt in Übergangszuständen... so entstehen natürlich Minerale, die im Gleichgewicht nicht auftreten sollten, außerhalb des Gleichgewichts.
Dieser Rahmen lässt nur drei große Typen mineralogischer Ansammlungen entstehen, in Übereinstimmung mit den drei großen Meteoritenfamilien des Sonnensystems. Die Vielfalt des planetaren Materials wäre demnach nicht unbedingt auf großräumige Zusammensetzungsunterschiede im solaren Nebel zurückzuführen, sondern könnte zu einem großen Teil durch lokale Entstehungsbedingungen erklärt werden – insbesondere durch die Geschwindigkeit der Abkühlungsphasen, was auf ihre Entstehung in einem solaren Nebel hindeutet, der in den ersten hunderttausend Jahren von heftigen Bewegungen und intensiven Erhitzungsphasen geprägt war.
... Und der frühen Einlagerung von Sauerstoff in die ersten Festkörper
Diese Ergebnisse werfen auch ein neues Licht auf eine weitere wichtige Frage: die Herkunft von Sauerstoff und Wasser auf den erdähnlichen Planeten. In klassischen Modellen ist die Bildung oxidierter oder hydratisierter Minerale aus einem Gas solarer Zusammensetzung ohne äußere Einflüsse schwer zu erklären.
Hier zeigen die Forscher im Gegenteil, dass bei schneller Abkühlung bestimmte Elemente bei niedrigen Temperaturen verfügbar bleiben und in die sich bildenden Festkörper eingebaut werden können. Dieser Mechanismus bietet somit einen natürlichen Weg, Sauerstoff – und potenziell Wasser – bereits in den frühesten Phasen der Bildung planetaren Materials zu integrieren.
Die drei Klassen von Chondriten: Enstatit-Chondrite, gewöhnliche Chondrite und kohlige Chondrite: Sie weisen leichte Unterschiede in den Konzentrationen der häufigsten nichtflüchtigen Elemente um die solare Zusammensetzung herum auf (Si, Mg, Al, Ca und Fe)
@ IPGP
Das sich abzeichnende Bild ist das eines jungen solaren Nebels, der alles andere als ruhig ist. Eher als eine sich langsam entwickelnde homogene Umgebung erscheint er als ein dynamisches Milieu, das von Phasen intensiver Erhitzung und schneller Abkühlung geprägt ist. Aktuelle Beobachtungen protoplanetarer Scheiben, insbesondere mit dem James Webb Space Telescope, zeigen übrigens, dass diese Phänomene in sich bildenden Sternsystemen häufig vorkommen, was diese neue Interpretation stützt.
Indem diese Arbeit sowohl die mineralogische Vielfalt als auch die Oxidationszustände der Meteorite aus einem einzigen ursprünglichen Gas reproduziert, schlägt sie einen wichtigen Perspektivwechsel vor. Sie legt nahe, dass die Zusammensetzung der Planeten nicht nur von ihrer Position in der protoplanetaren Scheibe abhängt, sondern auch von den physikalischen und dynamischen Bedingungen – insbesondere den Rhythmen von Erhitzung und Abkühlung –, die die Bildung ihrer ersten Bestandteile bestimmten.
Getragen von Teams des IPGP und seiner Partner, mit Unterstützung des CNRS, eröffnet diese Studie somit einen neuen Weg zum Verständnis der ersten Schritte der Geschichte des Sonnensystems und allgemeiner der Entstehung von Planetensystemen.