Új magyarázat az üstököspor rejtélyes összetevőjének eredetére

2011. július 30, szombat

1206

A NASA Stardust űrszondájának elsődleges programja alatt az űreszköz a 81P/Wild 2-üstökös kómáján átrepülve az égitest poranyagából mintát gyűjtött be (2004. január 2.), amit később a Földre továbbított (2006. január 15.). Az üstököspor-minta sikeresen landolt és utána megkezdődött a részletes laboratóriumi vizsgálata, amelynek során olyan anyagokat találtak, amelyek csak magas hőmérsékleten keletkezhettek az ősi Naprendszerben.

Az üstökösmagok jeges-poros parányi égitestek, amelyek a Naptól távol, az óriásbolygók távolságában, illetve a Neptunuszon túli övezetben, tehát alacsony hőmérsékletű tartományokban alakultak ki a korai bolygórendszerben. Ennek ellenére az üstököspor-mintákban magas hőmérsékleten kialakult szilikát-szemcséket találtak, amelyek közel a Naphoz, attól legfeljebb 1-2 csillagászati egység távolságon belül alakulhattak ki. Ezt mutatják a Stardust üstököspor-minták kristályos szilikátjai, amelyek mintegy 1200-1400 K, valamint a kalcium-alumíniumban gazdag zárványok (CAI), melyek 1400-1500 K hőmérsékleten alakultak ki. A CAI-k az első szilárd kikondenzálódott anyagformák között vannak a Naprendszerben.

Kalcium-alumínium tartalmú szemcse a Wild 2-üstökös porából gyűjtött 54. sz. mintában. A képen a csapdába nagy sebességgel érkező szemcsét lefékező aerogél anyag a sima háttér. Az 1 mikronos méretskála is jelölve van (kép: NASA/JPL Stardust 113. sz. közleménye, 2007. június 6.).

Eddig több magyarázat is született arra, hogyan kerültek a belső Naprendszerből a peremvidékekre az ilyen anyagszemcsék, mint például a kis szemcsékre ható sugárnyomás miatt bekövetkező radiális irányú, a Naptól kifelé tartó mozgás, a turbulenciák miatt fellépő turbulens anyag-szállítás (turbulens transzport). Emellett az ősköd gázanyagának fékező hatása és a turbulens diffúzió együtt is hatnak a kis szemcsékre, és befelé, valamint a Naptól kifelé is mozgathatják azokat. Azonban ez a mechanizmus nem tudja a nagyobb szemcséket hatásosan transzportálni.

A szemcsék kifelé történő mozgásának magyarázatára egy újszerű modellt dolgozott ki öt francia és egy német kutatóból álló kutatócsoport. Javaslatuk lényege a fotoforézis jelenségén alapul.

A fotoforézis során a porrészecske napsütötte oldalán a környező ősköd-gáz és a sötét oldalon levő gáz közötti nyomáskülönbség a Naptól távolodó mozgásra készteti a szemcsét (kép: CNRS hír, Párizs, 2011. július 1.).

A fotoforézis szó egyébként görög eredetű szóösszetétel: a foto- előtag a fény, a -for utótag a forosz (hordozó) szóra vezethető vissza, tehát a "fény hordoz", a "fény által továbbvisz, hordoz, mozgat" a jelentése. Esetünkben ez a bolygóközi térben a porrészecskék Naptól való távolodó mozgásra késztetését jelenti. Az ősköd kialakulása utáni időszakban a gáz és a kikristályosodott szilárd anyagszemcsék (szilikátok, CAI-k) a Nap fénysugárzásának hatására a Nap felé eső oldalukon felmelegednek, míg azzal ellentétesen hidegebbek. Emiatt a hőmérséklet-különbség miatt más lesz a szemcséhez közeli gáz nyomása: a napsütötte oldalon nagyobb, mint a másik oldalon. Ez a nyomáskülönbség a Naptól távolodó mozgásra készteti a szemcsét.

Az ősködben nagy méretű szemcsék is kialakultak kisebb szemcsék összetapadásával és aggregátumokat alkottak. A legújabb modell szerint a századmilliméterestől a deciméteres méretig terjedő szemcséket is hatékonyan tud mozgatni a fotoforézis, míg ilyen nagy szemcséket a korábbi modellek nem tudtak hatékonyan eltávolítani a Naptól. Fotoforézis segítségével mintegy százezer-egymillió év alatt átkerülhet a részecske a Naprendszer belső térségeiből a külső régiókba, ami viszonylag rövid időt és hatékony folyamatot jelent az ősi bolygórendszerben és ez az új modell realitását erősíti. Nem kizárt, hogy az ősködbeli erős turbulens és diffúz mozgásokra alapozott korábbi modellek és az új, fotoforézisen alapuló modellek egyszerre érvényesek, vagyis dinamikai és kinematikai szempontból igen bonyolult lehetett az ősi Naprendszer.

Az új modell a csillagok körüli porkorongokban megfigyelhető mozgások, anyageloszlás leírásában is segítséget jelenthet, mint arra 2005-ben már volt példa a HR 4796A fiatal fősorozati csillag körüli por-gyűrű kialakulásának modellezésében, most pedig a naprendszeri üstököspor összetételének egy újszerű magyarázatát adja.

Források:

Internetes források: