Wissenschaftler entdecken das ursprüngliche „Planetenfabrik"-Gebilde unseres Sonnensystems

Einige dieser Objekte entwickelten sich schließlich Planeten, während andere die Vorfahren der heutigen Asteroiden wurden. Forscher haben lange vermutet, dass dieser Prozess unordentlich und ungleichmäßig stattgefunden habe, nicht geordnet.

Verschiedene Bereiche des frühen Sonnensystems entwickelten sich wahrscheinlich unter unterschiedlichen Bedingungen, und Planetesimale in verschiedenen Entwicklungsstadien könnten zur gleichen Zeit entstanden sein.

Nun geben Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) Deutschland bekannt, dass sie eine besonders wichtige Region direkt jenseits der Jupiterbahn identifiziert haben.

Was die Studie zeigt

Laut einer neuen Studie, die The Astrophysical Journal veröffentlicht wurde, diente dieser ringförmige Bereich sowohl als effizienter als auch als hochgradig vielseitiger Geburtsort für Planetesimale.

Ihre Computersimulationen deuten darauf hin, dass der Bereich über einen Zeitraum Planetesimale mit deutlich unterschiedlichen Zusammensetzungen hervorgebracht hat. „Verschiedene Arten derselben Region des frühen Staub- und Gaskuchens, jedoch zu unterschiedlichen Zeiten.

Die Region knapp außerhalb der Jupiterbahn bot hervorragende Bedingungen dafür," sagte Joanna Drążkowska, Leiterin der Lise-Meitner-Gruppe zur Planetenentstehung. Die Jupiterbahn schuf eine leistungsstarke Staubfalle. Die Forschung konzentrierte sich auf eine Zeit etwa zwei bis vier Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems.

Was die Studie zeigt

Bis dahin hatte Jupiter bereits einen Großteil des Materials in seiner Nähe aufgenommen und dabei eine Lücke im umgebenden Gas- und Staubkuchen hinterlassen. Wissenschaftler glauben, dass dieser Prozess auch einen Ring erhöhten Gasdrucks direkt außerhalb der Umlaufbahn des Jupiter bildete.

Staubpartikel, die durch die Scheibe drifteten, wurden dort eingefangen, wodurch riesige Mengen Material sich anhäuferten. Diese dichten Staubansammlungen bildeten kleine Klumpen, die als „Pebbles" bezeichnet werden.

Frühere Studien hatten bereits gezeigt, dass Pebbles innerhalb solcher „Staubfallen" sich während der frühen Phasen des Sonnensystems schnell Planetesimalen entwickeln können. Allerdings war unklar, ob derselbe Bereich über lange Zeiträume hinweg Körper mit sehr unterschiedlicher Zusammensetzung weiter produzieren konnte.

Was die Studie zeigt

Die neue Studie deutet darauf hin, dass dies möglich ist. Mittels hochauflösender Simulationen stellten die Forscher fest, dass innerhalb dieser Staubfalle über Millionen dürften.

Die Ergebnisse stimmen zudem eng mit den Eigenschaften bestimmter Meteoritengruppen überein, die auf der Erde entdeckt wurden. „Zum ersten Mal haben wir es geschafft, die Ergebnisse ühen Sonnensystems präzise nachzubilden. Die Meteoriten dienen sozusagen als Prüfstein für Theorien zur Planetenentstehung", sagte MPS-Direktor und Kosmochemiker Thorsten Kleine.

Alte Meteoriten enthüllen Hinweise zur Planetenbildung. Meteorite sind Gesteinsfragmente aus dem Weltraum, die ihren Fall durch die Erdatmosphäre überstanden haben. Die meisten gelten als Bruchstücke alter Planetesimale, die seit der frühesten Epoche des Sonnensystems weitgehend unverändert geblieben sind.

Die Forschenden konzentrierten sich auf kohlenstoffhaltige

Die Forschenden konzentrierten sich auf kohlenstoffhaltige Chondrite, eine kohlenstoffreiche Art deuten darauf hin, dass diese Meteorite jenseits des Jupiter während desselben Zeitraums entstanden sind, der in den Simulationen untersucht wird.

Wissenschaftler gliedern kohlenstoffhaltige Chondrite in sechs Gruppen ein, basierend auf ihrem Alter und ihrer Zusammensetzung. Einige sind spröde und bestehen hauptsächlich aus feinkörnigem Material, das leicht zerfällt. Andere sind fester und enthalten sichtbare Einschlüsse, die in feinerem Material eingebettet sind.

In den Simulationen entsprachen diese Materialien zwei verschiedenen Substanzen, die im jungen Sonnensystem existiert haben sollen.

Technik und Auswirkungen

Eine bestand aus zartem staubförmigem Material, während die andere aus stabileren Klumpen zusammengesetzt war, die sich frühzeitig in heißeren Regionen bildeten und sich anschließend im gesamten Scheibenbereich ausbreiteten. „Für unsere Simulationen war es entscheidend, das Verhalten und die Wechselwirkung beider Materialien sowohl auf kleinen als auch auf großen Skalen zu modellieren", sagte Nerea Gurrutxaga, Doktorandin am MPS und erste Autorin der Publikation.

Simulationen enthüllen mehrere Generationen sowohl die Kollisionen einzelner Partikel als auch die großräumige Bewegung Gas-Scheibe. Partikel konnten sich verbinden, zerbrechen, nach innen zum Sonnenzentrum driftieren oder sich in dichten Regionen ansammeln.

Die Simulationen zeigten, dass Jupiter für größere, robustere Partikel eine stärkere Barriere darstellte als für winzige Staubkörner. Gleichzeitig wurde ein Teil des verfügbaren Materials durch die Entstehung neuer Planetesimale allmählich verbraucht.

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Laufe der Zeit führten diese Effekte dazu, dass in der Region jenseits der Jupiterbahn unterschiedliche Materialmischungen zusammenkamen. Als sich das Gleichgewicht veränderten, begannen klar getrennte Generationen ersten 500.000 Jahren nahm die Menge des bröckeligen Materials zunächst ab, bevor sie im folgenden Millionenviertel wieder zunahm.

Schließlich traten zwei deutlich unterscheidbare Populationen: Eine Gruppe bestand überwiegend aus zerbrechlichem Material, während die andere.

Die Forscher glauben, dass auch frühere Meteoritentypen jenseits der kohlenstoffhaltigen Chondrite möglicherweise innerhalb desselben Staubschleiers entstanden sind. „Es gibt starke Hinweise darauf, dass Staubschleier der bevorzugte Geburtsort waren", sagte Joanna Drążkowska.

Kohlenstoffhaltige Chondrite liefern Belege für die späte Planetesimalenbildung in einem Druckmaximum., Joanna Drążkowska, Vignesh Vaikundaraman und Thorsten Kleine, 22. Mai 2026, The Astrophysical Journal. DOI: 10.3847/1538-4357/ae6104