Junges Sonnensystem: Schnelle Bildung von Planetenkernen

Die erste Phase der Planetenentstehung in unserem Sonnensystem lief rasant ab: Bereits 100 000 bis 300 000 Jahre nach der Kondensation der ersten festen Stoffe begann die Bildung von Planetenkernen aus Eisen, innerhalb von einer Million Jahren war sie abgeschlossen. Das zeigt die Untersuchung von fünf verschiedenen Arten von Eisenmeteoriten durch ein Forscherteam aus Deutschland, der Schweiz und den USA. Die Wissenschaftler berichten im Fachblatt „Science“ über diesen bislang genauesten Einblick in die Frühzeit des Sonnensystems.

„Wir können die grundlegenden Prozesse der Entstehung und der Ausdifferenzierung der Protoplaneten nur verstehen, wenn wir zunächst die Bildung der Planetenkerne verstehen“, erläutern Thomas Kruijer von der Universität in Münster und seine Kollegen. Nach heutigem Verständnis bilden sich Planeten durch Zusammenstöße und Verschmelzungen kleinerer Körper. Eine Zwischenstufe in diesem Prozess sind sogenannte Planetesimale, mehrere hundert Kilometer große Körper. Diese Größe reicht aus, um zu einer Ausdifferenzierung der Körper zu führen: Die schweren Metalle, insbesondere Eisen, sinken in den Kern ab, die leichteren Gesteine steigen auf und bilden eine Kruste.

Eisenmeteoriten, bei denen es sich um Bruchstücke ehemaliger Kerne von Planetesimalen handelt, können deshalb Auskunft geben über die erste Phase der Planetenentstehung. Die in diesen Meteoriten enthaltenen Wolframisotope, die aus dem Zerfall des radioaktiven Elements Hafnium stammen, lassen auf die Entstehungszeit der Eisenkerne schließen. Schon frühere Untersuchungen der Wolframisotope hatten darauf hingedeutet, dass sich die Eisenkerne innerhalb weniger Millionen Jahre gebildet haben. Das Problem: Die kosmische Strahlung beeinflusst das Verhältnis der Wolframisotope und verfälscht so die Analyse.

Kruijer und seinem Team ist es nun erstmals gelungen, die Wolfram-Daten gegen diesen Effekt zu korrigieren. Dazu analysierten die Forscher zusätzlich das ebenfalls durch die kosmische Strahlung beeinflusste Isotopenverhältnis von Platin. Mithilfe der Platin-Daten konnten Kruijer und seine Kollegen die Stärke der kosmischen Strahlung bestimmen und so deren Einfluss aus den Wolfram-Daten eliminieren. Das Ergebnis zeigt, dass die Bildung der Planetenkerne noch schneller ablief, als zuvor angenommen. Die Untersuchung zeigt außerdem, dass die Schnelligkeit dieses Prozesses davon abhängt, wie viel Schwefel in dem jeweiligen Planetesimal vorhanden war. Die Forscher schließen daraus, dass lokale Prozesse im jungen Sonnensystem für die unterschiedliche chemische Zusammensetzung der Planetesimale verantwortlich waren und nicht, wie bislang vermutet, eine Entstehung zu unterschiedlichen Zeiten.