Het is algemeen bekend dat Jupiter een cruciale rol speelt in de dynamiek van het zonnestelsel. Als grootste planeet voorbij de ‘vorstgrens’, de grens waar vluchtige stoffen (zoals water) bevriezen, beschermt Jupiter de planeten van het binnenste zonnestelsel tegen mogelijke inslagen van asteroïden en kometen.
Naast deze ‘beschermende’ rol is Jupiter ook een ‘architect’-planeet geweest die invloed heeft gehad op de evolutie van het vroege zonnestelsel en de banen van de planeten daarin. Volgens nieuw onderzoek van Rice University heeft Jupiter het zonnestelsel hervormd door ringen en openingen in de protoplanetaire schijf te creëren, wat heeft geleid tot de vorming van meteorieten in een laat stadium. Het is algemeen bekend dat Jupiter een cruciale rol speelt in de dynamiek van het zonnestelsel. Als grootste planeet voorbij de ‘vorstgrens’, de grens waar vluchtige stoffen (zoals water) bevriezen, beschermt Jupiter de planeten van het binnenste zonnestelsel tegen mogelijke inslagen van asteroïden en kometen. Naast deze ‘beschermende’ rol is Jupiter ook een ‘architect’-planeet geweest die invloed heeft gehad op de evolutie van het vroege zonnestelsel en de banen van de planeten daarin. Volgens nieuw onderzoek van Rice University heeft Jupiter het zonnestelsel hervormd door ringen en openingen in de protoplanetaire schijf te creëren, wat heeft geleid tot de vorming van meteorieten in een laat stadium.
Hun bevindingen, die gedetailleerd worden beschreven in een artikel gepubliceerd in Science Advances, geven antwoord op een van de langst bestaande mysteries in de planetaire wetenschap: waarom veel primitieve meteorieten miljoenen jaren na de eerste vaste lichamen zijn ontstaan. Voor hun onderzoek hebben Baibhav Srivastava, promovendus, en André Izidoro, assistent-professor aan de afdeling Aard-, Milieu- en Planetaire Wetenschappen van Rice University, hydrodynamische modellen van de groei van Jupiter gecombineerd met simulaties van stofevolutie en planeetvorming. Deze geavanceerde simulaties toonden aan dat de snelle vroege groei van Jupiter miljarden jaren geleden de protoplanetaire schijf, waaruit alle planeten zijn ontstaan, destabiliseerde. Dit kwam door de krachtige zwaartekracht van Jupiter, die rimpelingen door de schijf stuurde, waardoor gas en stof zich in dichte banden verzamelden. Dit voorkwam dat deeltjes in een spiraal naar de zon werden getrokken, waardoor ze in plaats daarvan samensmolten tot planetesimalen. Deze lichamen waren echter niet de eerste planetesimalen die 4,6 miljard jaar geleden werden gevormd, maar vertegenwoordigen een tweede generatie die 2 tot 3 miljoen jaar later werd gevormd.
Dit valt samen met het ontstaan van een familie van steenachtige meteorieten die tijdens het vroege zonnestelsel zijn gevormd. Maar in tegenstelling tot meteorieten van de eerste generatie die zijn gesmolten en gedifferentieerd, bevatten chondrieten bolvormige korrels (chondrules) die zijn gevormd uit gesmolten materiaal en hun oorspronkelijke chemische samenstelling hebben behouden. Dit maakt deze meteorieten in wezen tot tijdcapsules, waardoor planetaire wetenschappers kunnen achterhalen hoe de omstandigheden destijds waren. De late vorming van deze meteorieten heeft wetenschappers decennialang voor een raadsel gesteld. Zoals Izidoro in een nieuwsbericht van Rice University uitlegde:
Chondrieten zijn als tijdcapsules uit het begin van het zonnestelsel. Ze zijn in de loop van miljarden jaren op aarde gevallen, waar wetenschappers ze verzamelen en bestuderen om aanwijzingen te vinden over onze kosmische oorsprong. Het mysterie is altijd geweest: waarom zijn sommige van deze meteorieten zo laat ontstaan, 2 tot 3 miljoen jaar na de eerste vaste stoffen? Onze resultaten tonen aan dat Jupiter zelf de omstandigheden heeft gecreëerd voor hun late ontstaan.
Bovendien is het lange tijd een raadsel geweest hoe de aarde en haar buren (Venus en Mars) zich rond 1 astronomische eenheid (AE) van de zon hebben gegroepeerd, variërend van 0,72 tot 1,5 AE. Zoals observaties van exoplanetaire systemen hebben aangetoond, bewegen planeten in vroege sterrenstelsels zich vaak in een spiraalvormige baan naar hun ster toe. Deze resultaten tonen aan dat Jupiter de naar binnen gerichte migratie van jonge planeten heeft onderdrukt door de stroom van gas en stof naar het binnenste zonnestelsel af te snijden. Hierdoor konden rotsachtige protoplaneten in stabiele banen blijven en uiteindelijk uitgroeien tot de rotsachtige planeten van het zonnestelsel. Kortom, uit het onderzoek bleek dat Jupiter niet alleen de grootste planeet werd, maar ook de architectuur van het hele binnenste zonnestelsel heeft bepaald. Deze architectuur maakte het mogelijk dat de aarde zich kon ontwikkelen en de omstandigheden kon creëren die uiteindelijk tot leven zouden leiden. Srivastava zei:
Ons model verbindt twee dingen die voorheen niet bij elkaar leken te passen: de isotopische vingerafdrukken in meteorieten, die in twee soorten voorkomen, en de dynamiek van planeetvorming. Jupiter groeide vroeg, opende een opening in de gasdisk en dat proces beschermde de scheiding tussen materiaal in het binnenste en buitenste zonnestelsel, waardoor hun verschillende isotopische kenmerken behouden bleven. Het creëerde ook nieuwe gebieden waar veel later planetoïden konden ontstaan.
Deze resultaten worden ondersteund door waarnemingen van jonge sterrenstelsels die zijn gedaan met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Deze radio-observaties van protoplanetaire schijven brachten dezelfde ring- en kloofstructuren aan het licht die Srivastava en Izidoro in hun simulaties hadden opgemerkt. “Als we naar die jonge schijven kijken, zien we het begin van de vorming van reuzenplaneten en de hervorming van hun geboorteomgeving”, aldus Izidoro. “Ons eigen zonnestelsel was niet anders. De vroege groei van Jupiter heeft sporen achtergelaten die we vandaag de dag nog steeds kunnen zien, opgesloten in meteorieten die op aarde vallen.”
Bron: Universe Today/Rice University
