De rotsachtige planeten die het dichtst bij de zon staan, bestaan uit heel andere materialen dan de gasreuzen in het buitenste zonnestelsel. Dat komt omdat ons zonnestelsel miljarden jaren geleden in tweeën werd gedeeld door een kosmische poortwachter die verhinderde dat materialen in de binnen- en buitengebieden zich vermengden.
Het blijkt dat poortwachter een ring van stof en gas was, volgens een nieuwe studie. Het hek, of 'Great Divide', een term die door de auteurs is bedacht, is nu grotendeels lege ruimte net binnen de baan van Jupiter.
Ongeveer twee decennia geleden realiseerden chemici zich dat de bouwstenen van planeten - planetoïde-afmetingen ter grootte van een asteroïde of veel kleinere "steentjes" - heel verschillende composities hadden, afhankelijk van hun afstand tot de zon. De kiezelstenen die de buitenste, of 'joviaanse' planeten vormden, bevatten hogere concentraties organische moleculen zoals koolstof en vluchtige stoffen, of ijs en gassen, dan de planeten die de 'aardse' planeten dichter bij de zon bouwden, zoals de aarde en Mars.
Maar dat was een raadsel, omdat de theorie voorspelde dat kiezelstenen van het buitenste zonnestelsel naar het binnenste zonnestelsel zouden moeten zijn gedraaid vanwege de zogenaamde 'gasweerstand' of de zwaartekracht van het gas rond de jonge zon.
Vóór deze studie dachten wetenschappers dat "de zwaartekrachtmuur die vermenging tussen de binnenste en buitenste schijf van ons ontluikende zonnestelsel voorkwam Jupiter was", zei senior auteur Stephen Mojzsis, een professor in de geochemie aan de Universiteit van Colorado Boulder. De gedachte was dat Jupiter zo groot was en dat zijn zwaartekracht zo sterk was dat hij kleine steentjes opslokte voordat ze het binnenste zonnestelsel konden bereiken.
Om deze theorie te testen, creëerden Mojzsis en hoofdauteur Ramon Brasser, een onderzoeker aan het Earth-Life Science Institute van het Tokyo Institute of Technology in Japan, computersimulaties die de groei van het vroege zonnestelsel en de planeten daarin opnieuw creëerden.
Uit de simulatie bleek dat Jupiter niet snel genoeg kon groeien om te voorkomen dat alle koolstofrijke steentjes in het binnenste zonnestelsel zouden stromen. In feite zijn de meeste kiezelstenen van het buitenste zonnestelsel rechtdoor gegaan door de groeiende Jupiter.
"Jupiter is een zeer inefficiënte poortwachter", vertelde Mojzsis aan WordsSideKick.com. 'Het is alsof een poreuze grens immigranten uit het buitenste zonnestelsel het binnenste zonnestelsel zouden hebben overstroomd.' Jupiter alleen zou veel kiezelstenen hebben doorgelaten, wat betekent dat planeten in het buitenste en binnenste zonnestelsel vergelijkbare composities zouden blijken te hebben, voegde hij eraan toe.
In plaats daarvan stelden de twee wetenschappers een andere theorie voor: al vroeg in de geschiedenis van het zonnestelsel had er een ring kunnen bestaan, of meerdere ringen van afwisselende banden van gas onder hoge en lage druk en stof die de zon omcirkelen. Die ringen zouden voorkomen hebben dat kiezelstenen naar binnen bewogen. Ze baseerden hun hypothese op waarnemingen van de Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) in Chili, waaruit bleek dat ongeveer 2 op de 5 jonge sterren deze schotse schijven om zich heen hadden.
Deze hogedrukschijven hadden stof kunnen vasthouden en ervoor gezorgd dat het zich in verschillende groepen verzamelde - een die Jupiter en Saturnus zou vormen en een andere aarde en Mars bijvoorbeeld. Een van deze gootstenen had kunnen voorkomen dat de buitenste steentjes naar de zon toe bewogen, waardoor de grote kloof ontstond, zei Mojzsis. Toch zou deze ring niet volledig zijn verzegeld. Dat zou het mogelijk hebben gemaakt dat koolstofhoudende steentjes in het binnenste zonnestelsel stroomden en de zaden voor het leven op aarde creëerden, voegde hij eraan toe.
Het is een "interessant idee", zei Michiel Lambrechts, een postdoctoraal onderzoeker bij de Lund Observatory in Zweden die geen deel uitmaakte van de studie. "Hoewel de auteurs werk presenteren dat de uitdaging illustreert om de binnenste en buitenste vaste reservoirs te splitsen met een groeiende Jupiter, maken ze geen vergelijkbaar gedetailleerd ringmodel."
Dit ringmodel moet aantonen hoe de kiezelstenen vastzitten en hoe de planeten in dergelijke kiezelvallen terechtkomen, voegde hij eraan toe. Tot die tijd "blijft het moeilijk om dit ringmodel sterk te verkiezen boven andere mogelijke verklaringen."
De bevindingen werden vandaag (13 januari) gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy.
