Neue Erkenntnisse über Kleinplaneten im frühen Sonnensystem

Dr. Mario Trieloff, Mineralogisches Institut der Universität Heidelberg: Ergebnisse sind für die Geschwindigkeit der Planetenbildung im frühen Sonnensystem wichtig, und somit auch für die Wahrscheinlichkeit der Planetenbildung um andere junge Sterne

„Unsere Forschungsergebnisse erlauben die detaillierte Rekonstruktion der Abkühlungsgeschichte eines Asteroiden im frühen Sonnensystem. Sie zeigen, dass die Zerfallswärme des kurzlebigen Isotops 26Al zur effektiven Erwärmung der Kleinplaneten geführt hat. Somit muss die Planetesimalbildung sehr schnell erfolgt sein.“ Mit diesen Worten fasst Dr. Mario Trieloff vom Mineralogischen Institut der Universität Heidelberg eine neue Arbeit zusammen, die in der Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Nature“ vom 3. April veröffentlicht wird („Structure and thermal history of the H-chondrite parent asteroid revealed by thermochronometry“ von Mario Trieloff (Mineralogisches Institut der Universität Heidelberg), Elmar Jessberger (Institut für Planetologie, Universität Münster), Ingrid Herrwerth (Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg), Jens Hopp (Mineralogisches Institut, Heidelberg) sowie Christine Fiéni, Marianne Ghélis, Michèle Bourot-Denise und Paul Pellas (Naturhistorisches Museum, Paris).

Unser Sonnensystem entstand vor etwa 4600 Millionen Jahren aus einer interstellaren Wolke aus Gas und Staub. Nach Bildung der Ursonne war diese noch für etwa zehn Millionen Jahre von einer lokalen Gas- und Staubhülle umgeben, aus der sich dann auch kleinere Körper und schließlich die Planeten bildeten. Zwischen Mars und Jupiter kam dieser Akkretionsprozess zum Stillstand, als die Körper nur wenige hundert Kilometer groß waren. Von diesen Kleinplaneten, den Asteroiden, werden durch Zusammenstöße untereinander immer wieder Bruchstücke abgespalten, die dann auch auf der Erde als Meteoriten niedergehen.

Durch geowissenschaftliche Laboruntersuchungen kann an diesen die Vorstufe der Planetenbildung im frühen Sonnensystem studiert werden. Meteoriten kennt man von kleinen Körpern, die sich ähnlich wie die erdähnlichen Planeten erhitzten, dabei teilweise aufschmolzen, worauf sich ein Metallkern und ein Silikatmantel bildete. Es gibt aber auch urtümlichere Meteorite (die so genannten Chondrite), die nur mäßig erwärmt wurden, so dass sich Metall und Silikat nicht voneinander trennten.

„Wir haben Meteoritengestein, das aus unterschied-lichen Tiefen eines solchen nicht aufgeschmolzenen Asteroiden stammt, mit verschiedenen hochpräzisen Datierungsmethoden untersucht, die den Zerfall der natürlichen radioaktiven Isotope 40K und 244Pu nutzen. Dadurch konnte die Abkühlgeschichte dieses Asteroiden detailliert rekonstruiert werden. Es zeigte sich, dass die am stärksten – bis auf etwa 850°C – erhitzten Gesteine am längsten – etwa 160 Millionen Jahre – zur Abkühlung bis auf etwa 120°C benötigten, also aus dem Zentrum des Körpers stammen“, so Trieloff.

Dagegen kühlten die nur auf etwa 650°C erhitzten Gesteine innerhalb weniger Millionen Jahre ab, und zwar in oberflächennahen Bereichen. Dieses Auskühlverhalten zeigt zum ersten Mal, dass ein Asteroid tatsächlich durch eine innere Wärmequelle erhitzt wurde. Dies geschah durch die Zerfallswärme des kurzlebigen Isotops 26Al, das nur im frühen Sonnensystem aktiv war. Wegen der sehr kurzen Halbwertszeit von 26Al von nur 0,72 Millionen Jahren musste sich also der Asteroid innerhalb weniger Millionen Jahre sehr schnell bilden, damit überhaupt noch eine effektive Aufheizung möglich war.

Diese Ergebnisse sind im Einklang mit theoretischen Überlegungen einer sehr schnellen Bildung erdähnlicher Planeten in zirkumstellaren Staubhüllen. „Unsere Resultate zeigen, dass dies vor allem in unserem eigenen Sonnensystem der Fall war.“ Das sei wichtig, weil die Gas- und Staubhüllen, von denen junge Sterne umgeben sind, nur eine begrenzte Lebensdauer von etwa zehn Millionen Jahren haben. Nur aus diesem Material können sich aber Planeten bilden. „Da in unserem Sonnensystem dieser Prozess schnell genug vonstatten ging, kann man annehmen, dass auch um andere Sterne – aufgrund ähnlich ablaufender Prozesse – Planetenbildung wahrscheinlich ist“, sagt Trieloff.

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PD Dr. Mario Trieloff
Mineralogisches Institut
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