Los meteoritos que ayudaron a formar la Tierra pueden haberse formado en el sistema solar exterior


Se cree que nuestro sistema solar se formó a partir de una nube de gas y polvo, la llamada nebulosa solar, que comenzó a condensarse sobre sí misma gravitatoriamente hace unos 4600 millones de años. A medida que esta nube se contrajo, comenzó a girar y tomó la forma de un disco que giraba alrededor de la masa de mayor gravedad en su centro, que se convertiría en nuestro Sol. Nuestro sistema solar heredó toda su composición química de una estrella o estrellas anteriores que explotaron como supernovas. Nuestro sol recogió una muestra general de este material a medida que se formaba, pero el material residual en el disco comenzó a migrar en función de su propensión a congelarse a una temperatura determinada.

A medida que el sol se volvió lo suficientemente denso como para iniciar reacciones de fusión nuclear y convertirse en una estrella, arrastró una muestra general de este material a medida que se formaba, pero los residuos en el disco formaron materiales sólidos para formar cuerpos planetarios en función de su propensión a congelarse en un momento determinado. temperatura. A medida que el sol irradiaba el disco circundante, creaba un gradiente de calor en el sistema solar primitivo. Por este motivo, los planetas interiores, Mercurio, Venus, la Tierra y Marte, son en su mayoría de roca (compuestos en su mayoría por elementos más pesados, como hierro, magnesio y silicio), mientras que los planetas exteriores están compuestos en gran parte por elementos más ligeros, especialmente hidrógeno, helio , carbono, nitrógeno y oxígeno.

(a) Profundidad de absorción de 3,1 μm (eje horizontal) que indica la presencia de filosilicatos amoniacales. Negro: asteroides observados por AKARI. Naranja: meteoritos derivados de asteroides de tipo C. Azul: resultados del cálculo teórico para la composición inicial, incluido el hielo de amoníaco (el número es la proporción de agua a rocas y corresponde al eje horizontal en la Figura 3b). ( b ) Líneas negras: reflectancia de los asteroides que muestran una absorción de 3,1 μm. Línea azul: reflectancia de combinaciones minerales que contienen filosilicatos amoniacales obtenida a partir de cálculos teóricos. Línea morada: reflectancia de un asteroide cubierto de hielo de agua, obtenida a partir de cálculos teóricos. Las ubicaciones donde aparecen las tres principales características de absorción se indican mediante áreas coloreadas. Área roja alrededor de 2,7 μm: minerales hidratados. Área azul alrededor de 3,1 μm: filosilicatos amoniacales o hielo de agua. Zonas verdes en torno a 3,4 μm y 4,0 μm: carbonatos. Crédito: Kurokawa et al, 2022, AGU Advances

Se cree que la Tierra se formó en parte a partir de meteoritos carbonosos, que se cree que provienen de asteroides del cinturón principal exterior. Las observaciones telescópicas de los asteroides del cinturón principal exterior revelan una característica de reflectancia común de 3,1 μm que sugiere que sus capas exteriores albergan hielos de agua o arcillas amoniacales, o ambos, que solo son estables a temperaturas muy bajas. Curiosamente, aunque varias líneas de evidencia sugieren que los meteoritos carbonosos se derivan de tales asteroides, los meteoritos recuperados en la Tierra generalmente carecen de esta característica. El cinturón de asteroides plantea muchas preguntas a los astrónomos y científicos planetarios.

Un nuevo estudio dirigido por investigadores del Earth-Life Science Institute (ELSI) en el Instituto de Tecnología de Tokio sugiere que estos materiales asteroidales pueden haberse formado muy lejos en el sistema solar primitivo y luego haber sido transportados al sistema solar interior mediante procesos de mezcla caóticos. En este estudio, una combinación de observaciones de asteroides utilizando el telescopio espacial japonés AKARI y el modelado teórico de las reacciones químicas en los asteroides sugiere que los minerales de la superficie presentes en los asteroides del cinturón principal exterior, especialmente las arcillas que contienen amoníaco (NH3), se forman a partir de materiales de partida que contienen Hielo de NH3 y CO2 que es estable solo a muy baja temperatura y en condiciones ricas en agua. Con base en estos resultados, este nuevo estudio propone que los asteroides del cinturón principal exterior se formaron en órbitas distantes y se diferenciaron para formar diferentes minerales en mantos ricos en agua y núcleos dominados por rocas.

Composiciones minerales obtenidas a partir de cálculos teóricos de reacciones químicas entre agua y rocas. (a) los materiales de partida solo contienen agua y rocas. No se forman filosilicatos amoniacales en ninguna condición. (b) los materiales de partida son agua con hielo de amoníaco y hielo seco, y rocas. Cuando la relación agua/roca (relación de masa) es alta, es decir, la proporción de agua es grande, se forman filosilicatos amoniacales (línea de puntos azul claro). Crédito: Kurokawa et al, 2022, AGU Advances

Para comprender el origen de las discrepancias en los espectros medidos de meteoritos y asteroides carbonosos, utilizando simulaciones por computadora, el equipo modeló la evolución química de varias mezclas primitivas plausibles diseñadas para simular materiales asteroidales primitivos. Luego usaron estos modelos de computadora para producir espectros de reflectancia simulados para compararlos con los obtenidos telescópicamente.

Sus modelos indicaron que para coincidir con los espectros de asteroides, el material de partida tenía que contener una cantidad significativa de agua y amoníaco, una abundancia relativamente baja de CO2 y reaccionar a temperaturas por debajo de los 70 grados centígrados, lo que sugiere que los asteroides se formaron mucho más lejos que sus ubicaciones actuales en el sistema solar primitivo. Por el contrario, la falta de la característica de 3,1 mm en los meteoritos se puede atribuir a una reacción posiblemente más profunda dentro de los asteroides, donde las temperaturas alcanzaron valores más altos, por lo que los meteoritos recuperados pueden tomar muestras de porciones más profundas de los asteroides.

De ser cierto, este estudio sugiere que la formación de la Tierra y sus propiedades únicas resultan de aspectos peculiares de la formación del sistema solar. Habrá varias oportunidades para probar este modelo, por ejemplo, este estudio proporciona predicciones sobre lo que encontrará el análisis de las muestras devueltas de Hayabusa 2. Este origen distante de los asteroides, si es correcto, predice que habrá sales y minerales amoniacales en las muestras devueltas de Hayabusa 2. Los análisis de los materiales devueltos por la misión OSIRIS-Rex de la NASA proporcionarán una verificación adicional de este modelo.

Un escenario para la formación y evolución de asteroides tipo C derivado de este estudio. Crédito: Kurokawa et al, 2022, AGU Advances

Este estudio también examinó si las condiciones físicas y químicas en los asteroides del cinturón principal exterior deberían poder formar los minerales observados. El origen frío y distante de los asteroides propuesto sugiere que debería haber una similitud significativa entre los asteroides y los cometas y plantea preguntas sobre cómo se formó cada uno de estos tipos de cuerpos.

Este estudio sugiere que los materiales que formaron la Tierra pueden haberse formado muy lejos en el sistema solar primitivo y luego haber sido traídos durante la historia temprana especialmente turbulenta del sistema solar. Observaciones recientes de discos protoplanetarios realizadas por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) han encontrado muchas estructuras anilladas, que se cree que son observaciones directas de formación planetesimal. Como el autor principal, Hiroyuki Kurokawa, resume el trabajo: «Queda por determinar si la formación de nuestro sistema solar es un resultado típico, pero numerosas mediciones sugieren que pronto podremos ubicar nuestra historia cósmica en contexto».

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