No início do sistema solar, um "disco protoplanetário" de poeira e gás girou em torno do Sol e eventualmente se fundiu nos planetas que conhecemos hoje.

Uma nova análise de meteoritos antigos por cientistas do MIT e de outros lugares sugere que existia uma lacuna misteriosa dentro deste disco há cerca de 4,567 bilhões de anos, perto do local onde o cinturão de asteróides reside hoje.

Os resultados da equipe, aparecendo hoje em Avanços da Ciência , fornecer evidências diretas para esta lacuna.

"Na última década, observações mostraram que cavidades, lacunas, e os anéis são comuns em discos em torno de outras estrelas jovens, "diz Benjamin Weiss, professor de ciências planetárias no Departamento da Terra do MIT, Atmosférico, e Ciências Planetárias (EAPS). "Essas são assinaturas importantes, mas mal compreendidas, dos processos físicos pelos quais o gás e a poeira se transformam no jovem sol e nos planetas."

Da mesma forma, a causa de tal lacuna em nosso próprio sistema solar permanece um mistério. Uma possibilidade é que Júpiter possa ter sido uma influência. Conforme o gigante gasoso tomou forma, sua imensa atração gravitacional poderia ter empurrado gás e poeira para os arredores, deixando para trás uma lacuna no disco em desenvolvimento.

Outra explicação pode ter a ver com ventos emergindo da superfície do disco. Os primeiros sistemas planetários são governados por fortes campos magnéticos. Quando esses campos interagem com um disco giratório de gás e poeira, eles podem produzir ventos fortes o suficiente para soprar o material, deixando para trás uma lacuna no disco.

Independentemente de suas origens, uma lacuna no início do sistema solar provavelmente serviu como uma fronteira cósmica, evitando que o material de cada lado dele interaja. Essa separação física pode ter moldado a composição dos planetas do sistema solar. Por exemplo, no lado interno da lacuna, gás e poeira coalesceram como planetas terrestres, incluindo a Terra e Marte, enquanto o gás e a poeira relegados para o lado mais distante da lacuna formada nas regiões mais geladas, como Júpiter e seus gigantes gasosos vizinhos.

"É muito difícil cruzar essa lacuna, e um planeta precisaria de muito torque externo e momentum, "diz o autor principal e aluno de pós-graduação da EAPS Cauê Borlina." Então, isso fornece evidências de que a formação de nossos planetas foi restrita a regiões específicas no início do sistema solar. "

Os co-autores de Weiss e Borlina incluem Eduardo Lima, Nilanjan Chatterjee, e Elias Mansbach do MIT, James Bryson, da Oxford University, e Xue-Ning Bai da Universidade de Tsinghua.

Uma divisão no espaço

Na última década, os cientistas observaram uma curiosa divisão na composição dos meteoritos que chegaram à Terra. Essas rochas espaciais se formaram originalmente em diferentes épocas e locais à medida que o sistema solar estava tomando forma. Aqueles que foram analisados ​​exibem uma de duas combinações de isótopos. Raramente foram encontrados meteoritos exibindo ambos - um enigma conhecido como "dicotomia isotópica".

Os cientistas propuseram que esta dicotomia pode ser o resultado de uma lacuna no disco do sistema solar inicial, mas tal lacuna não foi confirmada diretamente.

O grupo de Weiss analisa meteoritos em busca de sinais de campos magnéticos antigos. À medida que um jovem sistema planetário toma forma, carrega consigo um campo magnético, cuja força e direção podem mudar dependendo de vários processos dentro do disco em evolução. À medida que a poeira antiga se reunia em grãos conhecidos como côndrulos, elétrons dentro dos côndrulos alinhados com o campo magnético no qual se formaram.

Os côndrulos podem ser menores que o diâmetro de um fio de cabelo humano, e são encontrados em meteoritos hoje. O grupo de Weiss é especializado em medir côndrulos para identificar os antigos campos magnéticos nos quais eles se formaram originalmente.

Em trabalhos anteriores, o grupo analisou amostras de um dos dois grupos isotópicos de meteoritos, conhecidos como meteoritos não carbonáceos. Acredita-se que essas rochas tenham se originado em um "reservatório, "ou região do sistema solar inicial, relativamente perto do sol. O grupo de Weiss identificou anteriormente o antigo campo magnético em amostras desta região próxima.

Uma incompatibilidade de meteorito

Em seu novo estudo, os pesquisadores se perguntaram se o campo magnético seria o mesmo no segundo isotópico, grupo "carbonáceo" de meteoritos, que, a julgar pela sua composição isotópica, acredita-se que tenham se originado mais longe no sistema solar.

Eles analisaram côndrulos, cada um medindo cerca de 100 mícrons, de dois meteoritos carbonáceos que foram descobertos na Antártica. Usando o dispositivo supercondutor de interferência quântica, ou SQUID, um microscópio de alta precisão no laboratório de Weiss, a equipe determinou o original de cada côndrulo, antigo campo magnético.

Surpreendentemente, eles descobriram que sua força de campo era mais forte do que a dos meteoritos não carbonáceos mais próximos que mediram anteriormente. À medida que jovens sistemas planetários estão tomando forma, os cientistas esperam que a força do campo magnético diminua com a distância do sol.

Em contraste, Borlina e seus colegas descobriram que os côndrulos distantes tinham um campo magnético mais forte, de cerca de 100 microteslas, em comparação com um campo de 50 microteslas nos côndrulos mais próximos. Para referência, o campo magnético da Terra hoje é de cerca de 50 microteslas.

O campo magnético de um sistema planetário é uma medida de sua taxa de acreção, ou a quantidade de gás e poeira que pode atrair para o centro com o tempo. Com base no campo magnético dos côndrulos carbonáceos, a região externa do sistema solar deve ter acumulado muito mais massa do que a região interna.

Usando modelos para simular vários cenários, a equipe concluiu que a explicação mais provável para a incompatibilidade nas taxas de acréscimo é a existência de uma lacuna entre as regiões interna e externa, o que poderia ter reduzido a quantidade de gás e poeira fluindo em direção ao sol das regiões externas.

"Lacunas são comuns em sistemas protoplanetários, e agora mostramos que tínhamos um em nosso próprio sistema solar, "Borlina diz." Isso dá a resposta a essa estranha dicotomia que vemos nos meteoritos, e fornece evidências de que as lacunas afetam a composição dos planetas. "