Các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng cho thấy hệ mặt trời sơ khai chứa đựng một khoảng cách giữa các vùng bên trong và bên ngoài của nó.

Ranh giới vũ trụ, có lẽ là do chàng trai trẻ gây ra sao Mộc Hoặc một cơn gió mới nổi, có khả năng đã định hình sự hình thành của các hành tinh nhỏ.

Trong thời kỳ đầu của hệ mặt trời, một “đĩa tiền hành tinh” gồm bụi và khí quay quanh mặt trời và cuối cùng kết hợp lại thành các hành tinh mà chúng ta biết ngày nay.

Phân tích mới về thiên thạch cổ đại của các nhà khoa học trong Với Ở những nơi khác, họ báo cáo về một lỗ hổng bí ẩn trong đĩa này khoảng 4,567 tỷ năm trước, gần địa điểm mà vành đai tiểu hành tinh ngày nay.

Kết quả của nhóm được công bố vào ngày 15 tháng 10 năm 2021, lúc tiến bộ khoa học, cung cấp bằng chứng trực tiếp về lỗ hổng này.

Benjamin Weiss, giáo sư khoa học hành tinh tại Khoa Trái đất, Khí quyển và Hành tinh (EAPS) tại MIT cho biết: “Trong thập kỷ qua, các quan sát đã chỉ ra rằng các lỗ hổng, khoảng trống và vành đai là phổ biến trong các đĩa xung quanh các ngôi sao trẻ khác. “Đây là những tín hiệu quan trọng nhưng chưa được hiểu rõ về các quá trình vật lý mà khí và bụi biến đổi thành mặt trời và các hành tinh trẻ.”

Tương tự như vậy, nguyên nhân của khoảng trống này trong hệ mặt trời của chúng ta vẫn còn là một bí ẩn. Một khả năng là sao Mộc có thể đã có một ảnh hưởng. Khi khối khí khổng lồ hình thành, lực hấp dẫn khổng lồ của nó sẽ đẩy khí và bụi về phía các cạnh, để lại một lỗ trên đĩa đang phát triển.

Một lời giải thích khác có thể liên quan đến gió nổi lên từ bề mặt đĩa. Các hệ hành tinh ban đầu chịu tác động của từ trường mạnh. Khi các trường này tương tác với một đĩa khí và bụi quay, chúng có thể tạo ra gió đủ mạnh để thổi vật liệu, để lại một lỗ hổng trên đĩa.

Bất kể nguồn gốc của nó là gì, khoảng trống trong Hệ Mặt trời sơ khai có thể đóng vai trò như một ranh giới vũ trụ, ngăn không cho vật chất ở hai bên tương tác với nhau. Sự tách biệt vật lý này có thể đã định hình sự hình thành của các hành tinh trong hệ mặt trời. Ví dụ, ở phía bên trong của khe hở, khí và bụi kết hợp với nhau thành các hành tinh trên cạn, bao gồm Trái đất và Sao Hoả, trong khi khí và bụi đi xuống phía xa của khoảng trống được hình thành trong các vùng băng giá, chẳng hạn như Sao Mộc và các khối khí khổng lồ lân cận của nó.

Kawi Borlina, tác giả chính và nghiên cứu sinh của EAPS cho biết: “Rất khó để vượt qua khoảng cách này và hành tinh sẽ cần rất nhiều mô-men xoắn và động lượng bên ngoài. “Vì vậy, điều này cung cấp bằng chứng cho thấy sự hình thành các hành tinh của chúng ta chỉ giới hạn trong các khu vực cụ thể trong hệ mặt trời sơ khai.”

Các đồng tác giả bao gồm Weiss và Burlina Eduardo Lima, Nilanjan Chatterjee và Elias Mansbach của Viện Công nghệ Massachusetts. James Bryson của Đại học Oxford; và Xue-Ning Bai từ Đại học Thanh Hoa.

chia cắt trong không gian

Trong thập kỷ qua, các nhà khoa học đã quan sát thấy sự phân chia kỳ lạ trong thành phần của các thiên thạch bay tới Trái đất. Những tảng đá không gian này ban đầu được hình thành ở những thời điểm và địa điểm khác nhau khi hệ mặt trời đang hình thành. Những phân tích đó chỉ ra một trong hai nhóm đồng vị. Hiếm có thiên thạch nào được tìm thấy để hiển thị cả hai – một bí ẩn được gọi là “tách đồng vị”.

Các nhà khoa học đã gợi ý rằng sự phân tách này có thể là kết quả của một lỗ hổng trong đĩa của Hệ Mặt trời sơ khai, nhưng lỗ hổng này vẫn chưa được xác nhận trực tiếp.

Nhóm của Weiss phân tích các thiên thạch để tìm các dấu hiệu của từ trường cổ đại. Khi một hệ hành tinh mới hình thành, nó mang theo một từ trường, cường độ và hướng của từ trường có thể thay đổi tùy thuộc vào các quá trình khác nhau bên trong đĩa tiến hóa. Khi bụi cũ tích tụ trong các hạt được gọi là sụn, các điện tử trong sụn sẽ liên kết với từ trường mà chúng hình thành.

Chondrules có thể nhỏ hơn đường kính của sợi tóc người và được tìm thấy trong các thiên thạch ngày nay. Nhóm của Weiss chuyên về đo đạc các lớp vải dạ để xác định các từ trường cổ xưa mà chúng được hình thành ban đầu.

Trong công việc trước đó, nhóm đã phân tích các mẫu từ một trong hai nhóm thiên thạch đồng vị, được gọi là thiên thạch không cacbon. Những tảng đá này được cho là có nguồn gốc từ một “hồ chứa” hoặc khu vực của Hệ Mặt trời sơ khai, tương đối gần với Mặt trời. Nhóm của Weiss trước đây đã xác định được từ trường cổ đại trong các mẫu từ vùng lân cận này.

Sao băng không khớp

Trong nghiên cứu mới của họ, các nhà nghiên cứu tự hỏi liệu từ trường có giống nhau trong nhóm thiên thạch “carbon” thứ hai, dựa trên thành phần đồng vị của chúng, được cho là có nguồn gốc xa hơn trong hệ mặt trời hay không.

Họ đã phân tích phần sụn, mỗi phần có kích thước khoảng 100 micron, từ hai thiên thạch cacbon được phát hiện ở Nam Cực. Sử dụng Giao thoa kế lượng tử siêu dẫn, hay SQUID, một kính hiển vi có độ phân giải cao trong phòng thí nghiệm Weiss, nhóm nghiên cứu đã xác định được từ trường cổ xưa ban đầu của mỗi chondrule.

Đáng ngạc nhiên là họ nhận thấy cường độ trường của chúng mạnh hơn cường độ trường của các thiên thạch không phải cacbonat gần nhất mà họ đã đo trước đó. Khi các hệ hành tinh hiện đại hình thành, các nhà khoa học dự đoán rằng cường độ của từ trường sẽ phân rã theo khoảng cách từ mặt trời.

Ngược lại, Borlina và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng các sụn ở xa có từ trường mạnh hơn, khoảng 100 μT, so với trường 50 μT ở sụn gần. Để tham khảo, từ trường của Trái đất ngày nay là khoảng 50 microtesla.

Từ trường của một hệ hành tinh là thước đo tốc độ bồi tụ của nó, hoặc lượng khí và bụi mà nó có thể kéo về trung tâm của nó theo thời gian. Dựa trên từ trường của mặt khum cacbonic, vùng bên ngoài của hệ mặt trời phải tích tụ khối lượng lớn hơn nhiều so với vùng bên trong.

Sử dụng các mô hình để mô phỏng các kịch bản khác nhau, nhóm nghiên cứu kết luận rằng lời giải thích khả dĩ nhất cho sự không phù hợp trong tốc độ bồi tụ là khoảng cách giữa vùng bên trong và vùng bên ngoài, điều này có thể làm giảm lượng khí và bụi chảy về phía mặt trời từ các vùng bên ngoài.

Borlina nói: “Mũ thường gặp trong các hệ tiền hành tinh, và bây giờ chúng tôi đang cho thấy chúng tôi có một cái trong hệ mặt trời của riêng mình”. “Điều này đưa ra câu trả lời cho sự phân tách kỳ lạ mà chúng ta thấy trong các thiên thạch và cung cấp bằng chứng cho thấy các lỗ hổng ảnh hưởng đến sự hình thành hành tinh.”

Tham khảo: “Bằng chứng từ tính cho cơ sở hạ tầng đĩa trong hệ mặt trời sơ khai” của Cauê S. Borlina, Benjamin P. Weiss, James FJ Bryson, Xue-Ning Bai, Eduardo A. Lima, Nilanjan Chatterjee và Elias N. Mansbach, tháng 10 15, 2021, tiến bộ khoa học.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj6928

Nghiên cứu này được hỗ trợ một phần bởi NASA, và Quỹ Khoa học Quốc gia.