Verschiedene Meteorite, selber Geburtsort

Die Forschenden blickten speziell auf den Zeitraum zwischen etwa zwei und vier Millionen Jahren nach der Geburtsstunde des Sonnensystems. Der Jupiter hatte zu diesem Zeitpunkt bereits alle Materie in seiner Umgebung an sich gerissen und so entlang seiner Umlaufbahn eine ringförmige Lücke in die Gas- und Staubscheibe gefräst. Nach heutigem Verständnis entstand direkt außerhalb seiner Umlaufbahn eine ringförmige Region erhöhten Gasdrucks, in der sich so viel Staub ansammelte, dass er sich zu kleinen Materieklümpchen, so genannten Pebbles, zusammenfügte. Dass in einer solchen Staubfalle schon sehr früh Pebbles zu Planetesimalen anwachsen konnten, war bekannt. Ob dieser Prozess auch über lange Zeiträume Körper ganz unterschiedlicher Zusammensetzung hervorbringen konnte, war hingegen unklar. Die jetzt veröffentlichte Studie zeigt nun, dass in Staubfallen über Millionen von Jahren sehr verschiedene Planetesimal-Populationen entstehen können. Sie stellt so eine Verbindung zu konkreten Meteoritengruppen her. „Erstmals ist es gelungen, mit Hilfe von Computersimulationen des frühen Sonnensystems die Ergebnisse von Laboruntersuchungen von Meteoriten genau zu reproduzieren. Die Meteorite fungieren dabei sozusagen als Prüfstein für Theorien der Planetenentstehung“, sagt MPS-Direktor Thorsten Kleine.

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Ryugu als Bindeglied der Planetenbildung

Meteorite sind Brocken aus dem Weltall, die auf die Erde gestürzt sind. Die meisten von ihnen sind Bruchstücke von Planetesimalen und haben sich seit ihrer Entstehung kaum verändert. Kohlige Chondrite, Gesteinsmeteorite, die besonders reich an Kohlenstoff sind, dürften außerhalb der Jupiterbahn genau im simulierten Zeitraum entstanden sein. Das legen Laboruntersuchungen nahe. Anhand von Alter und Zusammensetzung unterscheiden Forschende sechs Gruppen kohliger Chondrite. Während einige fast ausschließlich aus feinkörnigem Material bestehen und bereits bei leichter Berührung auseinanderbröseln, sind andere deutlich robuster. Eingebettet in das feinkörnige Material enthalten sie – in unterschiedlichen Mengenanteilen – mit bloßem Auge erkennbare Einschlüsse.

In ihren Simulationen konnten die Forschenden Alter und Zusammensetzung der sechs Gruppen kohliger Chondrite reproduzieren. Ihre Grundbausteine, das feinkörnige Material und die Einschlüsse, entsprechen in den Rechnungen zwei Sorten von Material, das im frühen Sonnensystem vorlag: fragiler, bröseliger Staub einerseits und kleine Bröckchen aus stabilerem Material andererseits. Letztere hatten sich in zu Beginn des Sonnensystems stellenweise unter dem Einfluss von Hitze gebildet und dann verteilt.

Die Modelle berücksichtigen deshalb die Zusammenstöße einzelner Partikel – und als Folge ihr Auseinanderbrechen oder Aneinanderhaften – ebenso wie ihre Bewegungen und Konzentrationen innerhalb der gesamten, riesigen Gasscheibe. So zieht es etwa beide Teilchensorten aus dem äußeren Sonnensystem in Richtung Sonne, allerdings mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die Umlaufbahn des Jupiters stellt dabei für die größeren, stabileren Teilchen eine effektivere Barriere dar als für den kleineren Staub. Und das Entstehen erster Planetesimale braucht einen Teil des zur Verfügung stehenden Materials auf.

Als Folge aller Effekte reichern sich im „Ballungszentrum“ außerhalb der Jupiterbahn im Laufe der Zeit beide Materiesorten in veränderlichen Mengenverhältnissen an – und schaffen so die Voraussetzungen für das Entstehen klar unterscheidbarer Plane­te­simal-Gene­ra­tio­nen: In den ersten 500.000 Jahren nimmt der Anteil des bröseligen Materials zunächst ab, um in den folgenden Million Jahren anzusteigen. Danach entstehen zwei getrennte Plane­te­simal-Popu­la­tio­nen, die entweder fast ausschließlich aus bröseligem oder stabilem Material bestehen.

Auf Grund ihrer Rechnungen glauben die Forschenden, dass zu einem früheren Zeitpunkt auch andere Meteoritenarten als kohlige Chondrite in der Staubfalle jenseits des Jupiters entstanden sein könnten. „Viel spricht dafür, dass in unserem Sonnensystem Staubfallen der bevorzugte Geburtsort von Planetesimalen waren“, so Joanna Drążkowska. [MPS / dre]