Vědci se domnívají, že většina meteoritů, které kdy zasáhly Zemi, představuje úlomky z planetesimál. Také si myslí, že tyto planetární zárodky se ve své historii velmi brzy roztavily. Pokud se už ve sluneční soustavě zachovaly, pak jenom jako drobná kamenná tělesa, o velikosti buď od milimetrů do maximálně desítek metrů (tzv. meteroidy), nebo maximálně nad 100 metrů (tzv. planetky). 

Teď se však zdá, že existuje jedna rodina meteoritů, nalezených rozptýleně po celém světě, která tuto teorii poněkud zpochybňuje. Podle všeho totiž pochází z jedné a téže planetesimály, jež z uvedeného trendu vybočuje.

Roztavené a neroztavené těleso v jednom

Nový výzkum ukazuje, že tato jedna meteorická rodina vzala svůj počátek v jednom mateřském tělese. A podle odborného titulu Universe Today přináší také důkaz, že toto mateřské těleso se současně roztavilo a současně i proměnilo v hromadu pevných neroztavených sutin. Pro vědce je to hádanka.

Novou studii představující tyto závěry zpracovala Clara Maurelová, postgraduantka Massachusettského technologického institutu, katedry zemských, atmosférických a planetárních věd. Její studii, nazvanou "Meteorický důkaz částečné diferenciace a zdlouhavého růstu planetesimál", publikoval časopis Science Advances. 

Dosavadní systém klasifikace meteoritů předpokládal, že neexistuje žádné mateřské těleso, které by bylo současně zdrojem jak roztavených (chondritických) meteoritů, tak těch neroztavených (achondritických). Tato klasifikace vycházela z toho, jak věda chápala formování planetesimál. Podle modelů se tvořily téměř okamžitě, což by mělo zabránit tomu, aby se jedno těleso vyskytovalo současně v roztavené i neroztavené formě.

Nyní se však zdá, že tyto planetární zárodky byly rozmanitější, než si vědci dosud mysleli. Podle současných závěrů bylo mateřské těleso výše uvedené vzácné meteorické skupiny diferencované a mělo roztavenou i neroztavenou vrstvu. Mělo také tekuté kovové jádro, jež tvořilo silné magnetické pole.

"Máme tu jeden konkrétní příklad planetesimály, která se musela skládat z roztavené i neroztavené části. To nás pobízí k hledání důkazů o dalších podobně složených planetárních strukturách. Teprve až porozumíme celému spektru těchto struktur, od neroztavených až k těm plně roztaveným, dostaneme klíč k tomu, jak se planetesimály v rané sluneční soustavě tvořily," uvádí v tiskové zprávě hlavní autorka nové studie Maurelová. 

Mateřské těleso, z nějž pochází ona podivná rodina meteoritů roztroušených po Zemi, podle ní ukazuje, že jsme formování planetesimál dosud nechápali komplexně. Nové výsledky výzkumu tak podporují nedávnou teorii, podle nichž mohlo vytvoření planetesimál trvat až několik milionů let. Právě v takovém časovém rámci mohlo podle autorů nové studie dojít k vytvoření částečně diferencované vnitřní struktury těles, obsahujících kovová jádra, dále achondritické, tedy neroztavené silikátové pláště, a chondritické krusty.

Železné meteority IIE

Důkazem tohoto procesu jsou zmíněné meteority, označované jako železné meteority IIE. Příběh těchto zvláštních meteoritů začíná v prvních dnech sluneční soustavy, tedy zhruba před 4,5 miliardou let. V té době tvořila náš vesmír jen vířící hmota plynu a prachu.

Časem se pevná hmota začala srážet a slučovat, čím se proměnila v první planetesimály. Ty byly zdrojem většiny meteoritů, které kdy zasáhly Zemi. Většina důkazů však zatím svědčila o tom, že tyto meteority pocházely buď z roztavených, nebo z neroztavených těles. 

Vědci se domnívali, že oba tyto typy těles se zformovaly poměrně záhy a především rychle, za méně než několik milionů let. V případě raného vzniku by obsahovaly radiogenní prvky, které při rozpadu nastabilnější částice generují teplo. Na počátku sluneční soustavy existovalo radiogenních prvků více a teplo z jejich rozpadu mohlo roztavit celou jednu generaci prvotních planetesimál.

Planetesimály vzniklé v pozdějších obdobích by už neměly mít radiogenního materiálu tolik, takže se neroztavily. Tak aspoň vypadalo dosavadní vědecké uvažování, protože neexistoval dostatek důkazů, že by byla možná ještě třetí varianta, tedy těleso mezi oběma těmito extrémy, tzv. mezistupňové planetesimály, jež by byly směsí roztaveného i neroztaveného materiálu.

Nyní se však vědci zaměřili právě na rodinu železných meteoritů IIE, jež podle nich dokládá dávnou existenci diferencované planetesimály s magnetickým jádrem.

"Tyto železné meteority IIE jsou velmi zvláštní. Obsahují jak důkazy o existenci prvotního nikdy neroztaveného materiálu, tak důkazy o tom, že pocházejí z tělesa, které bylo úplně nebo alespoň z podstatné části roztaveno," uvádí spoluautor nové studie Benjamin Weiss, profesor katedry zemských, atmosférických a planetárních věd.

Planetesimála měla podobné jádro jako Země

Mateřská planetesimála těchto podivných kulovitých meteoritů byla pravděpodobně diferencována podobně jako planeta Země, měla pevnou kůru a tekutý plášť. Otázkou bylo, zda měla i podobné jádro.

"Roztavil se tento objekt natolik, až se jeho materiál dostal do středu, kde vytvořil kovové jádro podobně, jako tomu je v případě Země? Toto poznání nám k dopsání příběhu železných meteoritů stále chybělo," říká Maurelová.

Ale roztavené pozemské kovové jádro vytváří silné magnetické pole. Mohlo by takové pole vytvořit kovové jádro planetesimály? A dal by se důkaz o něm najít uvnitř železných meteoritů?

Když některé roztavené materiály ztuhnou v přítomnosti magnetického pole, srovnávají se podle pólů podobně jako střelka kompasu. A právě tento důkaz uchovávají některé minerály i po miliardy let.

Vědecký tým Maurelové proto sesbíral vzorky železných meteoritů IIE z celého světa a testoval je v americké Národní laboratoři Lawrence Berkeley za pomoci tamějšího výzkumnho zařízení Advanced Light Source (ALS), které je jedním z nejjasnějších zdrojů ultrafialového a měkkého rentgenového záření na světě. Rentgenové paprsky produkované tímto zařízením dokáží reagovat na výskyt minerálních zrn. Vědci přitom pátrali hlavně po stopách železa a niklu a po jejich případné magnetické orientaci, svědčící o existenci magnetického pole.

Podezření týmu se nakonec potvrdilo: elektrony v některých minerálních zrnech meteoritů byly magneticky uspořádány, což dosvědčovalo, že byly vystaveny působení magnetického pole. Vědci také zjistili, že toto magnetické pole mohlo být stejně silné jako pozemské.

Po další analýze vědci dospěli k závěru, že magnetické pole planetesimály mělo také stejný zdroj, tedy tekuté kovové jádro. Podle vědců bylo široké pravděpodobně několik desítek kilometrů.

Kde se vzaly meteority? Střet s jiným objektem

Takto složité planetesimály obsahující pevnou i roztavenou část se ovšem musely formovat podstatně déle, než se na základě dosavadních modelů předpokládalo, podle Maurelové několik milionů let. A vědci si hned položili další otázku: z jaké části této planetesimály pocházely meteority, které se našly na Zemi?

Podle vědců nemohly pocházet z jádra, protože v přítomnosti magnetického pole zjevně ztuhly, zatímco jádro produkuje pole pouze v tekutém stavu. Musely tedy pocházet z nějaké části mimo jádro, v níž kámen mohl ztuhnout, ale stále byl ovlivňován magnetickým polem tekutého jádra.

S pomocí dalšího výzkumu, zahrnujícího mimo jiné vysokorychlostní simulace různých scénářů pro zformování meteoritů, nabídli vědci možnou odpověď: kdyby se mateřská planetesimála s roztaveným jádrem střetla s jiným vesmírným objektem, pak by podle simulací mohlo dojít k uvolnění materiálu z jejího jádra, který by se dostal blíže k jejímu povrchu, v němž se utvářely meteority. 

"Právě v těchto kapsách se magnetické pole otisklo do minerálů tělesa. A i když se v určitém okamžiku rozpadlo, otisk zůstal," uvádí Maurelová. Pak podle ní následovaly mnohé další vesmírné srážky, jež vedly ke vzniku úlomků, z nichž některé doputovaly až na naši planetu. 

Zbývá otázka, jak běžné tyto diferencované planetesimály jsou? Byly výjimečné, nebo jich je mnohem více, než tušíme? Odpověď na ni věda ještě hledá. "Většina těles v asteroidním pásmu se jeví na povrchu jako neroztavená. Více se o nich dozvíme až tehdy, pokud se nám podaří nahlédnout do jejich nitra. Možná tam objevíme další roztavené části a zjistíme, že tyto zvláštní planetesimály byly vlastně normální," uzavírá Weiss.