Den isotopiska sammansättningen av meteoriter och jordiska planeter har viktiga ledtrådar om solsystemets tidigaste historia och processerna för planetbildning.

Forskare från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) och en samarbetspartner från University of Münster granskade nyare arbete som visar hur meteoriter uppvisar en grundläggande isotopisk dikotomi mellan icke-kolhaltiga (NC) och kolhaltiga (CC-stenar eller sediment som innehåller kol eller dess föreningar) grupper , som med största sannolikhet representerar material från det inre och yttre solsystemet. Forskningen visas i tidskriften Natur astronomi .

Solsystemet bildades för 4,5 miljarder år sedan genom gravitationskollapsen av en molekylär molnkärna, vilket resulterade i bildandet av en cirkumsolär skiva av gas och damm (kallas ibland solnebulosan). Denna skiva förvandlades slutligen till ett planetsystem bestående av en enda central stjärna, solen, omgiven av fyra jordiska planeter i det inre solsystemet, fyra gigantiska planeter i det yttre solsystemet bortom "snölinjen" och en mängd mindre kroppar, inklusive asteroider, månar, dvärgplaneter och kometer.

"För att förstå hur solsystemet utvecklades mot sin nuvarande konfiguration, de händelser och processer som inträffar under de tidigaste stadierna av solsystemets historia måste rekonstrueras med en mycket hög temporal och rumslig upplösning, " sa LLNL kosmokemist Thomas Kruijer, huvudförfattare till tidningen.

Även om astronomiska observationer och dynamisk modellering ger grundläggande insikter om strukturen och dynamiken hos protoplanetära skivor, och processerna för planetarisk ackretion, studiet av meteoriter möjliggör rekonstruktion av solsystemets tidigaste historia med oöverträffad upplösning i tid och rum.

Nyligen genomförda analytiska framsteg när det gäller noggrannheten av mätningar av isotopförhållande gör det möjligt att inte bara datera meteoriter med en precision på under miljoner år, men också för att identifiera distinkta nukleosyntetiska isotopiska signaturer. Detta gör det möjligt för forskare att identifiera genetiska kopplingar mellan planetariska material och hjälper till att begränsa området på skivan en given meteorit kommer från.

De flesta meteoriter kommer från asteroider som ligger i huvudasteroidbältet mellan Mars och Jupiter och har traditionellt setts som prover från kroppar som bildades där de finns idag. Dock, nyligen, detta perspektiv har förändrats dramatiskt med upptäckten av en grundläggande genetisk dikotomi som observerats i de nukleosyntetiska isotopsignaturerna för NC- och CC-meteoriter. Denna upptäckt, kombinerat med upprättandet av en exakt kronologi för ansamlingen av meteoritkroppar, har möjliggjort integrationen av meteoritiska begränsningar i storskaliga modeller av skivutveckling och planetbildning.

Den icke-kolhaltiga-kolhaltiga meteoritdikotomien

Nukleosyntetiska isotopanomalier uppstår från den heterogena fördelningen av presolära faser, och i slutändan återspeglar att solsystemet inkorporerade material från olika stjärnkällor. Som framgår av analyser av presolära korn som finns i primitiva meteoriter, solsystemets molekylära moln bestod av material med starkt varierande isotopsammansättningar. Även om processer inom solsystemets modermolekylära moln och/eller den cirkumsolära skivan homogeniserade dessa material relativt väl, det finns små heterogeniteter som har tagits i skalan av meteoritkomponenter, bulkmeteoriter och planeter. Nukleosyntetiska isotopanomalier har identifierats för många element. Teamet fokuserade på dessa element (syre, krom, titan, molybden, nickel, rutenium och volfram) som är mest relevanta för definitionen av NC–CC-dikotomi och ger de mest detaljerade insikterna om dynamiken i det tidiga solsystemet.

"Dikotomin NC–CC återspeglar troligen separationen av det tidiga solsystemet i en inre och yttre skiva separerade av Jupiter, sa Kruijer.

Teamet sa att att länka kronologin av meteoritföräldr-kroppsaccretion med NC-CC-dikotomi ger nya insikter i dynamiken och storskalig struktur hos den sol-protoplanetära skivan, Jupiters bildnings- och tillväxthistoria och markplanets tillväxtdynamik, inklusive leverans av vatten och mycket flyktiga arter till jorden.