Željezni meteoriti donijeli su novi trag o tome od čega su nastajala prva mala tijela u vanjskom Sunčevu sustavu. Ti su meteoriti ulomci metalnih jezgri planetezimala nastalih vrlo rano u povijesti Sunčeva sustava. Prema novoj analizi, u tim je tijelima sitnozrnata tvar činila samo 8 do 17 posto početnog materijala. Mnogo veći udio pripadao je hondrulama, zrncima stijena koja su se u mladom Sunčevu sustavu prethodno zagrijala.
To se razlikuje od sastava kasnije nastalih tijela u istom dijelu Sunčeva sustava: u njima je udio fine tvari mogao biti znatno veći. Sastav materijala od kojega su nastajali planetezimali očito se mijenjao s vremenom. Istraživanje Damanveera Grewala i suradnika objavljeno je u časopisu Nature Astronomy.
Što se krije u prvim planetezimalima?
Planetezimali su mala tijela nastala spajanjem čvrstih čestica u disku plina i prašine oko mladog Sunca. Iz takvih su tijela daljnjim sudarima i rastom nastajali veći objekti. U hladnijem vanjskom dijelu sustava bilo je i leda te tvari bogate hlapljivim sastojcima, ali to ne znači da je svako tijelo nastalo ondje dobilo jednak omjer tih sastojaka.
Znanstvenici proučavaju taj omjer u ugljičnim hondritima, meteoritima koji sadrže hondrule i finu tvar između njih. Tu sitnozrnatu tvar nazivaju matricom. Hondrule su male, uglavnom silikatne kuglice nastale kratkim zagrijavanjem; matrica se sastoji od mnogo sitnijih čestica. Kod matičnih tijela hondrita nastalih otprilike dva do četiri milijuna godina nakon prvih čvrstih sastojaka Sunčeva sustava udio matrice bio je veći što su tijela nastala kasnije.
Za najranije planetezimale takvu usporedbu dosad nije bilo lako napraviti. Oni su se zagrijali i rastalili, pa u njihovim ostacima više nema izvorne teksture po kojoj bi se čestice mogle prebrojiti. Dio metala odvojio se prema središtu tijela i oblikovao jezgru. Nakon kasnijih sudara komadi tih jezgri stigli su do Zemlje kao željezni meteoriti.
Dva kemijska traga umjesto sačuvanih zrnaca
Grewalov tim pokušao je iz kemije tih meteorita rekonstruirati sastav tijela prije taljenja. Usporedio je dva neovisna pokazatelja: ukupnu količinu sumpora i oksidacijsko stanje željeza. Oni ne mjere izravno broj zrnaca, ali ostavljaju trag o tome koliko je fine, hlapljivim sastojcima bogatije tvari moglo biti u početnom materijalu.
Sumpor je povezan s raspodjelom hlapljivih sastojaka između matrice i hondrula. Oksidacijsko stanje željeza pruža drugi pogled na početni materijal, osobito na udio leda i već oksidiranih silikata. Autori su oba pokazatelja usporedili s podacima za hondrite te u izračun uključili promjene koje su se dogodile pri odvajanju metalne jezgre. Oba su pristupa upućivala na isti raspon: matrica je činila približno 8 do 17 posto mase najranijih istraživanih tijela.
To je procjena, a ne izravno mjerenje prašine u meteoritu koji danas držimo u ruci. Ona ovisi o rekonstrukciji početnog kemijskog sastava i o tome kako su se pojedini elementi raspodijelili tijekom taljenja. Podudaranje dvaju različitih pokazatelja ipak daje zaključku veću težinu nego što bi je imao samo jedan kemijski trag.
Plin je razdvajao sitne i krupnije čestice
Autori rezultat povezuju s aerodinamičkim razvrstavanjem u disku oko mladog Sunca. Sitna prašina snažno je pratila gibanje plina, dok su veće hondrule zbog svoje tromosti reagirale drukčije. Mogle su se lakše nakupiti u područjima u kojima je nastanak planetezimala bio moguć. Novi objekti tako nisu preuzimali sastav okolnog diska u istom omjeru.
Razlika u veličini čestica utjecala je na njihovo gibanje kroz plin, a time i na mjesta na kojima su se mogle nakupljati. Budući da su se hondrule morale već nalaziti među sastojcima najranijih planetezimala, nalaz također upućuje na to da je njihovo stvaranje bilo rašireno od samog početka oblikovanja Sunčeva sustava.
Studija se odnosi na matična tijela određene skupine ugljičnih željeznih meteorita, a ne na sve rane objekte. Ipak, pokazuje da je takvo razvrstavanje djelovalo već tijekom prvih jedan do dva milijuna godina nakon nastanka najstarijih čvrstih sastojaka Sunčeva sustava. Prije nego što su se mala tijela spojila u veća, plin i gibanje čestica već su utjecali na to kakav će im biti kemijski sastav.
