Zrozumienie mechanizmów, które doprowadziły do powstania naszej planety i całego Układu Słonecznego, od lat stanowi jeden z największych priorytetów współczesnej astrofizyki. Kluczem do rozwiązania tej zagadki nie są jednak wyłącznie obserwacje odległych gwiazd, lecz badanie materii, która przetrwała w niemal niezmienionym stanie od miliardów lat. Najnowsze analizy próbek pobranych z planetoidy Ryugu dostarczają przełomowych dowodów na temat roli pól magnetycznych w procesie formowania się protoplanetarnego dysku, z którego wyłoniły się planety.
Wczesny Układ Słoneczny nie był jedynie chaotycznym skupiskiem gazu i pyłu. Cały ten obszar przenikała pierwotna mgławica słoneczna, w której słabo zjonizowany gaz generował rozległe, choć subtelne pola magnetyczne. Pola te odgrywały kluczową rolę w ewolucji dynamicznej dysku protoplanetarnego – wpływały na to, jak materia była transportowana, w jaki sposób się zagęszczała i gdzie ostatecznie powstawały zalążki planet. Aby zrekonstruować tę historię, naukowcy muszą badać materiały, które były świadkami tych procesów.
Jednym z najcenniejszych zjawisk dla badaczy jest naturalna pozostałość magnetyczna (NRM). Jest to proces, w którym minerały magnetyczne „zapisują” kierunek i natężenie zewnętrznego pola magnetycznego w momencie swojego powstawania lub przemiany chemicznej. Taki zapis może przetrwać w nienaruszonym stanie przez miliardy lat, pełniąc funkcję swoistej magnetycznej kapsuły czasu. To właśnie dzięki NRM naukowcy są w stanie odczytać warunki panujące w dysku protoplanetarnym krótko po narodzinach Słońca.
Czytaj także: Ten niepozorny kamyk odkrywa przed nami początki Układu Słonecznego
Ryugu: Posłaniec z przeszłości
Planetoida Ryugu to obiekt typu „rubble-pile” (zlepek gruzu), będący pozostałością po większym ciele macierzystym, które uległo katastrofalnemu zniszczeniu we wczesnej historii kosmosu. Jako obiekt bogaty w węgiel i niezwykle prymitywny pod względem chemicznym, Ryugu przechowuje materiały, które nie uległy przetworzeniu w procesach geologicznych typowych dla dużych planet. Próbki te, dostarczone na Ziemię w 2020 roku przez japońską sondę Hayabusa2, stanowią unikalny materiał badawczy, ponieważ dzięki starannej procedurze uniknęły one zanieczyszczenia magnetycznego pochodzącego od ziemskiego pola magnetycznego.
Choć wcześniejsze badania magnetyzmu Ryugu obejmowały jedynie siedem cząstek i nie dawały jednoznacznych odpowiedzi, nowy zespół badawczy pod kierownictwem profesora Masahiko Sato z Uniwersytetu Naukowego w Tokio postanowił rozszerzyć skalę analiz. Wykorzystując 28 cząstek o rozmiarach submilimetrowych, naukowcy podjęli próbę ostatecznego wyjaśnienia magnetycznej historii tego obiektu.
Zaawansowane techniki pomiarowe: SQUID w służbie nauki
Aby zbadać tak mikroskopijne próbki, zespół prof. Sato wykorzystał niezwykle czułe urządzenie – magnetometr SQUID (nadprzewodzący interferometr kwantowy), znajdujący się na Uniwersytecie Tokijskim. Proces badawczy opierał się na stopniowej demagnetyzacji polem zmiennym (AFD). Technika ta pozwala na precyzyjne oddzielenie różnych komponentów magnetyzmu i zidentyfikowanie tych, które są najbardziej stabilne i pierwotne.
Wyniki okazały się niezwykle obiecujące: aż 23 z 28 badanych próbek wykazało stabilne składowe naturalnej pozostałości magnetycznej. Co więcej, w ośmiu cząstkach odkryto dwa różne stabilne komponenty, a w jednej z nich zaobserwowano przestrzennie niejednorodne kierunki magnetyzmu. Ta niejednorodność jest kluczowym dowodem na to, że magnetyzm nie został nabyty przypadkowo na Ziemi ani podczas transportu przez sondę kosmiczną, lecz jest integralną cechą samej materii planetoidy.
Kiedy „zamrożono” magnetyzm?
Analiza danych doprowadziła naukowców do wniosku, że zaobserwowany magnetyzm ma charakter chemicznej pozostałości magnetycznej. Powstała ona prawdopodobnie podczas wzrostu mikroskopijnych minerałów magnetycznych, znanych jako magnetyt framboidalny. Minerały te formowały się w wyniku procesów alteracji wodnej (oddziaływania wody z minerałami) na ciele macierzystym Ryugu.
Czytaj także: Bennu i Ryugu mogą pochodzić z tej samej rodziny asteroid
Według dr. Sato oznacza to, że cząstki te zachowały zapis pola magnetycznego z okresu zaledwie 3 do 7 milionów lat po uformowaniu się Układu Słonecznego. Jest to niezwykle krótki czas w skali kosmicznej, co pozwala precyzyjnie określić warunki fizyczne panujące w tamtym okresie. Fakt, że magnetyzm utrwalił się przed ostatecznym zestaleniem się cząstek, wyklucza wpływ późniejszych zdarzeń na wyniki badań.
Znaczenie dla przyszłych badań kosmosu
Odkrycia te mają fundamentalne znaczenie dla rekonstrukcji dystrybucji masy w dysku protoplanetarnym. Wiedząc, jak silne było pole magnetyczne i jak oddziaływało ono na materię, astronomowie mogą tworzyć dokładniejsze modele powstawania planet. Pozwala to lepiej zrozumieć, dlaczego w pewnych regionach Układu Słonecznego powstały małe planety skaliste, takie jak Ziemia, a w innych gazowe olbrzymy.
Badania próbek z Ryugu udowadniają, że nawet najmniejsze ziarna pyłu kosmicznego mogą skrywać odpowiedzi na pytania o nasze pochodzenie. Dzięki pracy zespołu profesora Sato, dysponujemy teraz solidnymi danymi, które pozwolą ograniczyć teoretyczne parametry fizyczne formowania się planet i rzucą nowe światło na dynamiczną przeszłość naszego kosmicznego sąsiedztwa. Sukces tej misji otwiera również drogę do przyszłych analiz próbek z innych ciał niebieskich, takich jak planetoida Bennu, co pozwoli na stworzenie jeszcze pełniejszej mapy magnetycznej historii wczesnego Układu Słonecznego.
Źródło: Journal of Geophysical Research: Planets