In de planetaire astronomie is er een hypothese die stelt dat de reuzenplaneet Jupiter na haar ontstaan dichter naar de zon toe gemigreerd is en daarna uiteindelijk weer verder in het zonnestelsel is terechtgekomen. Bewijzen waren daar echter niet voor, tot nu. Uit bijzondere meteorieten blijkt dat er zo'n 4,5 miljard jaar geleden zware botsingen hebben plaatsgevonden in het zonnestelsel. En die kunnen toegeschreven worden aan het feit dat het zonnestelsel door elkaar geschud werd door de zwaartekrachtverstoring die de migratie van Jupiter teweeggebracht heeft.
Bijzondere meteorieten leveren eerste bewijs voor de migratie van Jupiter doorheen ons vroege zonnestelsel
Luc De Roy
Gepubliceerd:
Dat blijkt uit een nieuw studie onder leiding van Ben Rider-Stokes van de Britse Open University, die ondersteund werd door een internationaal team van deskundigen. Het wetenschappelijke artikel heeft met de professoren Steven Goderis en Philippe Claeys van de onderzoeksgroep AMGC van de VUB en professor Vinciane Debaille van het Laboratoire G-Time van de ULB ook drie Belgische co-auteurs.
Het belang van die Belgische onderzoekspoot is groot: tijdens een gezamenlijke Japans-Belgische Zuidpoolexpeditie in 2012 verzamelden de teams van Goderis en Debaille een bijzondere angrietmeteoriet, genaamd Asuka 12209. Die werd gebruikt in het onderzoek, samen met andere angrieten uit Antarctica en Noordwest-Afrika.
Angrieten behoren tot de oudste magmatische gesteenten van het zonnestelsel. "Daarom worden angrieten gebruikt als een soort ankerpunt om alle andere meteorieten te dateren", zei Steven Goderis. "Dit soort van meteorieten is opgebouwd uit de oudste mineralen die we met de bestaande technieken kunnen dateren." De angrieten werden zo'n 4,5 miljard jaar geleden gevormd, rond de tijd waarin ook Jupiter waarschijnlijk ontstaan is.
En het zijn die angrieten die nu mogelijk het eerste empirische bewijs hebben geleverd voor de vorming en migratie van Jupiter en voor een datering van die gebeurtenis.
Verschillende zuurstofisotopen in één meteoriet
De angrieten werden onderzocht in de zeer moderne analyse-instrumenten voor zuurstofisotopen van de Open University. (Isotopen zijn een vorm van een chemisch element, in dit geval zuurstof, met een verschillend aantal neutronen in de atoomkern.)
Daaruit bleek dat Asuka 12209 en ook andere angrieten groene kristallen van het mineraal olivijn bevatten, die een andere zuurstofisotopensamenstelling hadden dan de rest van de meteoriet.
De kristallen waren afkomstig van een andere meteorietsoort en ze werden toegevoegd aan het moederlichaam van de angrieten tijdens een zware botsing tussen hemellichamen in ons zonnestelsel.
Gezien de zeer hoge ouderdom van angrieten kon een link gelegd worden met de vorming van Jupiter.
Een reuzenplaneet zet het zonnestelsel op stelten
In de planetaire astronomie stelt de "grand tack"-hypothese dat Jupiter zich vormde op een afstand van 3,5 astronomische eenheden van de zon. Een astronomische eenheid of AE is de gemiddelde afstand tussen de zon en de aarde, zo'n 149,6 miljoen kilometer.
Daarna werd Jupiter door de zwaartekracht naar het binnenste zonnestelsel getrokken tot op een afstand van de zon van 1,5 AE, ongeveer de afstand nu tussen Mars en de zon.
Na de vorming van de planeet Saturnus, de andere gasreus in ons zonnestelsel, migreerde Jupiter weer naar buiten toe en uiteindelijk bereikte Jupiter, na een proces dat miljoenen jaren zal geduurd hebben, een stabiele omloopbaan op 5,2 AE van de zon.
Tijdens die migratie van de reuzenplaneet werd het zonnestelsel stevig dooreen geschud door de zwaartekrachtverstoring bij de doortocht van Jupiter, waarbij veel botsingen tussen asteroïden en planetesimalen (planetoïden met een diameter van maximaal enkele tientallen kilometers) plaatsgevonden moeten hebben.
Van die verstoring en de daardoor veroorzaakte botsingen is nu voor het eerst tastbaar bewijs gevonden in de vorm van de angrieten die zo'n 4,5 miljard jaar geleden gevormd werden en die dus ontstaan zijn uit de botsing van verschillende hemellichamen, zoals blijkt uit de verschillende zuurstofisotopensamenstellingen.
Cruciaal voor evolutie zonnestelsel
"De vorming en migratie van gasreuzen zoals Jupiter zijn cruciaal voor de evolutie van planetenstelsels", zei hoofdauteur van het artikel en promovendus van de Open University, Ben Rider-Stokes.
"Toch blijft de timing van dit soort gebeurtenissen in ons zonnestelsel grotendeels onbekend. Angrietmeteorieten behoren tot de oudste materialen in het binnenste zonnestelsel. Ze bieden daarom een exclusief venster op de processen die in die periode hebben plaatsgevonden. In onze studie zijn we erin geslaagd door zeer preciese metingen te bewijzen dat die oude meteorieten sporen bevatten van twee afzonderlijke planetaire lichamen die met elkaar zijn gebotst en zich hebben vermengd. Wij suggereren dat die vermenging werd veroorzaakt door de vorming en/of migratie van Jupiter."
Door de isotopische datering van de monsters kunnen de wetenschappers nu bij benadering een empirische tijdskader opstellen van het tijdstip van die botsing.
Ben Rider-Stokes en zijn internationale collega's onderzoeken momenteel ook het waterstofgehalte van de monsters om de rol van inslaggebeurtenissen bij de waterlevering aan het binnenste zonnestelsel te evalueren.
De studie van het team van de Open University, onze landgenoten en Japanse en Oostenrijkse onderzoekers is gepubliceerd in . Dit artikel is gebaseerd op een persmededeling van de Vrije Universiteit Brussel en een bericht van de Open University.
