태양계의 원시 행성 원반 내부의 신비한 구멍

과학자들은 초기 태양계가 내부와 외부 영역 사이에 틈이 있었다는 증거를 발견했습니다.

우주의 경계, 아마도 젊은이에 의해 목성 또는 떠오르는 바람이 소행성의 형성을 형성했을 가능성이 있습니다.

초기 태양계에서 먼지와 가스로 이루어진 “원행성 원반”은 태양을 공전하고 결국 오늘날 우리가 알고 있는 행성으로 합쳐졌습니다.

과학자들에 의한 고대 운석의 새로운 분석 와 함께 다른 곳에서 그들은 약 45억 6700만 년 전, 오늘날 소행성대가 있는 곳 근처에서 이 원반 내부에 신비한 틈이 있다고 보고했습니다.

팀의 결과는 2021년 10월 15일에 게시되었습니다. 과학 진보, 이 격차에 대한 직접적인 증거를 제공하십시오.

MIT 지구대기행성과학과(EAPS) 행성과학 교수인 벤자민 와이스(Benjamin Weiss)는 “지난 10년 동안 관찰 결과 공동, 틈, 고리가 다른 젊은 별 주위의 원반에 흔하다는 것이 밝혀졌다”고 말했다. “이것은 중요하지만 가스와 먼지가 태양과 젊은 행성으로 변하는 물리적 과정의 신호를 제대로 이해하지 못하고 있습니다.”

마찬가지로, 우리 태양계에서 이러한 격차의 원인은 여전히 ​​미스터리로 남아 있습니다. 한 가지 가능성은 목성이 영향을 미쳤을 수 있다는 것입니다. 가스 거인이 형성되었을 때, 거대한 중력이 가스와 먼지를 가장자리로 밀어냈을 것이고, 발달 중인 디스크에 구멍을 남겼을 것입니다.

또 다른 설명은 디스크 표면에서 나오는 바람과 관련이 있을 수 있습니다. 초기 행성계는 강한 자기장의 영향을 받습니다. 이 필드가 회전하는 가스 및 먼지 디스크와 상호 작용할 때 재료를 날려버릴 만큼 강한 바람을 일으켜 디스크에 구멍을 남길 수 있습니다.

기원에 관계없이 초기 태양계의 간격은 우주 경계 역할을 하여 양쪽의 물질이 상호 작용하는 것을 방지합니다. 이 물리적 분리는 태양계 행성의 형성을 형성했을 수 있습니다. 예를 들어, 틈의 안쪽에는 가스와 먼지가 지구와 지구를 포함한 지구형 행성으로 결합되어 있습니다. 화성, 가스와 먼지는 목성과 그 인접 가스 거인과 같은 얼음 지역에 형성된 틈의 반대쪽으로 내려갔습니다.

수석 저자이자 EAPS 대학원생인 카위 볼리나(Kawi Borlina)는 “이 간격을 넘는 것은 매우 어렵고 행성은 많은 외부 토크와 추진력을 필요로 할 것”이라고 말했습니다. “따라서 이것은 우리 행성의 형성이 초기 태양계의 특정 지역으로 제한되었다는 증거를 제공합니다.”

공동 저자로는 매사추세츠 공과 대학의 Weiss 및 Burlina Eduardo Lima, Nilanjan Chatterjee 및 Elias Mansbach가 있습니다. 옥스포드 대학의 제임스 브라이슨; 그리고 칭화대학교의 Xue-Ning Bai.

공간에서 분할

지난 10년 동안 과학자들은 지구에 도착한 운석의 구성에서 이상한 분열을 관찰했습니다. 이 우주 암석은 원래 태양계가 형성될 때 서로 다른 시간과 위치에서 형성되었습니다. 분석된 것들은 두 그룹의 동위원소 중 하나를 보여줍니다. 운석은 “동위원소 분할”로 알려진 미스터리인 두 가지를 모두 나타내는 것으로 거의 발견되지 않았습니다.

과학자들은 이 분열이 초기 태양계의 디스크에 있는 틈의 결과일 수 있다고 제안했지만 이 틈은 직접 확인되지 않았습니다.

Weiss의 그룹은 고대 자기장의 징후에 대해 운석을 분석합니다. 새로운 행성계가 형성될 때 자기장을 동반하며, 자기장의 세기와 방향은 진화하는 원반 내의 다양한 과정에 따라 변할 수 있습니다. 오래된 먼지가 연골로 알려진 과립에 모이면 연골 내의 전자가 형성되는 자기장과 정렬됩니다.

Chondrules는 사람의 머리카락 지름보다 작을 수 있으며 오늘날 운석에서 발견됩니다. Weiss 그룹은 연골 측정을 전문으로 하여 연골이 원래 형성되었던 고대 자기장을 결정합니다.

이전 연구에서 그룹은 비탄소질 운석으로 알려진 두 개의 동위원소 운석 그룹 중 하나의 샘플을 분석했습니다. 이 암석들은 태양에 비교적 가까운 초기 태양계의 “저수지” 또는 지역에서 기원한 것으로 믿어집니다. Weiss의 그룹은 이전에 이 인근 지역의 샘플에서 고대 자기장을 확인했습니다.

유성 불일치

새로운 연구에서 연구원들은 동위원소 구성에 기초하여 태양계에서 더 멀리 기원한 것으로 여겨지는 운석의 두 번째 “탄소” 동위원소 그룹에서 자기장이 동일할 것인지 궁금해했습니다.

그들은 남극에서 발견된 두 개의 탄소질 운석에서 각각 약 100미크론 크기의 연골을 분석했습니다. Weiss 연구소의 고해상도 현미경인 SQUID(Superconducting Quantum Interferometer)를 사용하여 팀은 각 연골의 원래 고대 자기장을 결정했습니다.

놀랍게도, 그들은 그들의 자기장 강도가 이전에 측정한 가장 가까운 비탄산염 운석의 자기장 강도보다 더 강하다는 것을 발견했습니다. 현대의 행성계가 형성됨에 따라 과학자들은 자기장의 세기가 태양으로부터 멀어질수록 감쇠해야 한다고 예측합니다.

대조적으로, Borlina와 동료들은 근위 연골의 50μT 자기장과 비교하여 원위 연골이 약 100μT의 더 강한 자기장을 갖는다는 것을 발견했습니다. 참고로 오늘날 지구의 ​​자기장은 약 50마이크로테슬라이다.

행성계의 자기장은 강착률, 즉 시간이 지남에 따라 중심으로 끌어당길 수 있는 가스와 먼지의 양을 측정한 것입니다. 탄소 반월상 연골의 자기장에 따르면 태양계의 외부 영역은 내부 영역보다 훨씬 더 많은 질량을 축적해야 합니다.

다양한 시나리오를 시뮬레이션하기 위해 모델을 사용하여 팀은 강착률의 불일치에 대한 가장 가능성 있는 설명이 내부 및 외부 영역 사이의 간격이라고 결론지었습니다.

“캡은 원시 행성계에서 일반적이며 이제 우리는 우리 태양계에 캡이 있음을 보여주고 있습니다.”라고 Borlina는 말합니다. “이것은 우리가 운석에서 볼 수 있는 이 이상한 분열에 대한 답을 제공하고 공동이 행성 형성에 영향을 미친다는 증거를 제공합니다.”

참조: Cauê S. Borlina, Benjamin P. Weiss, James FJ Bryson, Xue-Ning Bai, Eduardo A. Lima, Nilanjan Chatterjee 및 Elias N. Mansbach의 “초기 태양계의 디스크 기반 구조에 대한 고자기 증거”, 10월 2021년 1월 15일, 과학 진보.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj6928

이 연구는 부분적으로 다음의 지원을 받았습니다. 나사, 국립 과학 재단.