Antes de que se formaran la Tierra y otros planetas, el joven sol todavía estaba rodeado de gas y polvo cósmicos. Durante milenios, se formaron fragmentos de roca de varios tamaños a partir del polvo. Muchos de estos se convirtieron en bloques de construcción para los planetas posteriores. Otros no se convirtieron en parte de un planeta y todavía hoy orbitan alrededor del sol, por ejemplo, como asteroides en el cinturón de asteroides.

Investigadores de ETH Zurich y el Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS, en colaboración con un equipo internacional, analizaron muestras de hierro de los núcleos de asteroides que aterrizaron en la Tierra como meteoritos. Al hacerlo, desentrañaron parte de su historia temprana durante el tiempo en que se formaron los planetas. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Nature Astronomy .

Testigos del sistema solar primitivo

"Estudios científicos anteriores mostraron que los asteroides en el sistema solar se han mantenido relativamente sin cambios desde su formación, hace miles de millones de años", explica Alison Hunt, autora principal del estudio e investigadora en ETH Zurich y NCCR PlanetS. "Por lo tanto, son un archivo en el que se conservan las condiciones del sistema solar primitivo", dice Hunt.

Pero para desbloquear este archivo, los investigadores tuvieron que preparar y examinar minuciosamente el material extraterrestre. El equipo tomó muestras de 18 meteoritos de hierro diferentes, que alguna vez fueron parte de los núcleos metálicos de los asteroides. Para realizar su análisis debieron disolver las muestras para poder aislar los elementos Paladio, Plata y Platino para su análisis detallado. Con la ayuda de un espectrómetro de masas, midieron la abundancia de diferentes isótopos de estos elementos. Los isótopos son átomos distintos de elementos dados, en este caso paladio, plata y platino, que comparten la misma cantidad de protones en sus núcleos pero varían en la cantidad de neutrones.

En los primeros millones de años de nuestro sistema solar, los núcleos metálicos de los asteroides se calentaban por la desintegración radiactiva de los isótopos. A medida que comenzaron a enfriarse, comenzó a acumularse un isótopo de plata específico producido por la desintegración radiactiva. Al medir las proporciones actuales de isótopos de plata dentro de los meteoritos de hierro, los investigadores pudieron determinar cuándo y con qué rapidez se habían enfriado los núcleos de los asteroides.

Los resultados mostraron que el enfriamiento fue rápido y probablemente ocurrió debido a colisiones severas con otros cuerpos, que rompieron el manto rocoso aislante de los asteroides y expusieron sus núcleos metálicos al frío del espacio. Si bien el enfriamiento rápido había sido indicado por estudios previos basados ​​en mediciones de isótopos de plata, el momento no estaba claro.

"Nuestras mediciones adicionales de la abundancia de isótopos de platino nos permitieron corregir las mediciones de isótopos de plata por distorsiones causadas por la irradiación cósmica de las muestras en el espacio. Por lo tanto, pudimos datar el momento de las colisiones con mayor precisión que nunca", informa Hunt. "Y para nuestra sorpresa, todos los núcleos de asteroides que examinamos habían sido expuestos casi simultáneamente, en un período de tiempo de 7,8 a 11,7 millones de años después de la formación del sistema solar", dice el investigador.

Las colisiones casi simultáneas de los diferentes asteroides indicaron al equipo que este período debe haber sido una fase muy inestable del sistema solar. "Parece que todo se estaba derrumbando en ese momento", dice Hunt. "Y queríamos saber por qué", agrega.

From the laboratory to the solar nebula

The team considered different causes by combining their results with those from the latest, most sophisticated computer simulations of the solar system development. Together, these sources could narrow down the possible explanations.

"The theory that best explained this energetic early phase of the solar system indicated that it was caused primarily by the dissipation of the so-called solar nebula," study co-author, NCCR PlanetS member and Professor of Cosmochemistry at the ETH Zurich, Maria Schönbächler explains. "This solar nebula is the remainder of gas that was left over from the cosmic cloud out of which the Sun was born. For a few million years, it still orbited the young Sun until it was blown away by solar winds and radiation," Schönbächler says

While the nebula was still around, it slowed down the objects orbiting the sun in it—similar to how air resistance slows a moving car. After the nebula had disappeared, so the researchers suggest, the lack of gas drag allowed the asteroids to accelerate and collide into each other—like bumper cars that were turned to turbo-mode.

"Our work illustrates how improvements in laboratory measurement techniques allow us to infer key processes that took place in the early solar system—like the likely time by which the solar nebula had gone. Planets like the Earth were still in the process of being born at that time. Ultimately, this can help us to better understand how our own planets were born, but also give us insights into others outside our solar system," Schönbächler concludes. + Explora más

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