Apmēram pirms 4,6 miljardiem gadu Saules sistēma sākās kā milzīgs gāzes un putekļu mākonis. Nākamo vairāku miljonu gadu laikā šis tā dēvētais Saules miglājs būtiski mainījās: mākonis sabruka un saplacinājās diskā, kura centrā izveidojās Saule, bet ap to — planētas.

Ilgu laiku tika uzskatīts, ka šo pārveidi galvenokārt izraisīja gravitācija. Jauns Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) pētījums tomēr liecina, ka nozīmīga loma varēja būt arī magnētismam. Zinātnieki atraduši senā magnētiskā lauka pēdas vienā no senākajiem jebkad identificētajiem meteorītu materiāliem.

Pētnieki analizēja mikroskopiskus graudus meteorītā, kas 2008. gadā atrasts Antarktīdā. Šie kalcija un alumīnija bagātie ieslēgumi jeb CAI veidojās Saules sistēmas pirmajos 200 000 gados un tiek uzskatīti par senāko zināmo materiālu no šā perioda.

Minerālu magnētiskie signāli liecina, ka Saules miglāja stadijā jau pastāvēja ievērojams magnētiskais lauks. Pētnieki lēš, ka tas bija spēcīgāks par mūsdienu Zemes magnētisko lauku un varēja palīdzēt virzīt pirmatnējo vielu uz iekšpusi, Saulei veidojoties.

“Šī pāreja no sfēriska mākoņa uz protoplanētu disku ir viens no nozīmīgākajiem notikumiem visas Saules sistēmas vēsturē. Ilgu laiku tika teorētiski pieņemts, ka to izraisīja gravitācija, taču mūsu mērījumi liecina, ka, visticamāk, savu lomu spēlēja arī magnētisms,” sacīja MIT Zemes un planētu zinātņu profesors Bendžamins Veiss.

Pētījuma rezultāti publicēti žurnālā Proceedings of the National Academy of Sciences. Līdzās Veisam MIT pētnieku grupā bija pirmais autors Kauē Borlina, kurš MIT doktora grādu ieguva 2022. gadā, Eliass Mansbahs, kurš to ieguva 2024. gadā, un Nilandžans Čaterdžī. Pētījumā piedalījās arī Sjue-Nins Bai no Tsinghua University, Po-Jens Tuns un Ričards Harisons no Kembridžas Universitātes, Fransuā Tiso no Caltech, kā arī Kevins Makgīgens no Kalifornijas Universitātes Losandželosā.

Magnētisma pēdas senākajā materiālā

Magnētiskie lauki rodas, pārvietojoties elektriski lādētai vielai. Saules sistēmas veidošanās sākumposmā sabrūkošais gāzes un putekļu mākonis varēja radīt plazmu, kurā bija lādētas daļiņas. Tām cirkulējot veidojošajā diskā, varēja izveidoties un saglabāties magnētiskais lauks.

Ja šāds lauks pastāvēja, Veiss un viņa kolēģi sprieda, tam vajadzēja atstāt ilgstošu nospiedumu kādā diskā veidojošās vielas daļā. Vielai kondensējoties, sīki magnētiskie minerāli varēja fiksēt apkārtējā lauka stiprumu. Ja šie minerāli izdzīvoja miljardiem gadu un vēlāk nonāca uz Zemes, to tā dēvētā remanentā magnetizācija varētu apliecināt, ka magnētisms pastāvēja jaunajā Saules sistēmā un ietekmēja tās attīstību.

Pētnieki jau iepriekš bija atraduši pierādījumus magnētismam aptuveni divus miljonus gadu pēc Saules sistēmas veidošanās sākuma. Tiek uzskatīts, ka tajā laikā Saule jau bija izveidojusies un planētas sāka savākšanās procesu. Iepriekšējais darbs liecināja, ka magnētiskie lauki varēja veicināt planētu veidošanos.

“Mūsdienās cilvēki nestrīdas par to, vai magnētisms ir klātesošs laikā, kad veidojas planētas. Strīds ir par ļoti agrīno Saules sistēmu — laiku pirms planētu veidošanās, kad pastāv tikai disks. Tieši tur debates joprojām turpinās, un tieši ar to mēs šobrīd nodarbojamies,” sacīja Borlina, kura jauno pētījumu vadīja kā MIT doktorantūras studente un tagad ir docente Purdue University.

Meteorīts ar neparasti labi saglabātu vēsturi

Jaunajā pētījumā meklējumi tika virzīti vēl tālākā pagātnē, lai noskaidrotu, vai magnētisms pastāvēja laikā, kad pati Saule vēl tikai veidojās.

Pētnieki pārbaudīja paraugus no meteorīta DOM 08006, kas 2008. gadā atrasts Dominion Range kalnu grēdā pie Austrumantarktīdas ledus vairoga. Kopš atklāšanas šo meteorītu plaši pētījuši tā neparasti primitīvā sastāva dēļ.

DOM 08006 satur minerālu graudus no pašiem senākajiem Saules sistēmas veidošanās posmiem, iespējams, pat no laika pirms Saules pilnīgas izveidošanās. Neraugoties uz miljardiem gadu ilgo atrašanos Saules sistēmā, meteorīts ir saglabājis lielu daļu sākotnējā minerālā sastāva.

“Citi meteorīti šo 4,5 miljardu gadu vēstures laikā piedzīvoja daudz dažādu procesu. Tie izveidojās Saules miglājā, pēc tam tika pievienoti ķermeņiem ar ūdeni, vēlāk iznīcināti, pārvietoti uz asteroīdu joslu un beigu beigās nonāca šeit. Taču kaut kā DOM ir piedzīvojis mazāk pārmaiņu nekā jebkurš cits meteorīts,” sacīja Veiss.

Šī neparastā saglabātība padarīja DOM 08006 par īpaši piemērotu materiālu, kurā meklēt senākās Saules sistēmas magnētiskā lauka pierādījumus. Ja šāds lauks bija pastāvējis, tā signāls varēja saglabāties dažos meteorīta CAI.

“Mēs zinām, ka tie ir senākie agrīnās Saules sistēmas materiāli, kas mums ir pieejami. Taču CAI ir ļoti sarežģīti un nav vienādi pat viena milimetra lielumā meteorīta gabalā. Tāpēc mums rūpīgi jānosaka, kāda veida ieslēgumi tie ir,” sacīja Borlina.

Izmantojot nelielus sākotnējā meteorīta fragmentus, komanda atdalīja sīkus minerālu graudus un identificēja vairākus CAI, kuros bija dabiski magnētiski minerāli, tostarp dzelzs. Pēc tam pētnieki veica virkni testu, lai noskaidrotu, vai šajos graudos joprojām saglabājies senais magnētisms.

Minerālos tika atrastas magnētiskā lauka pēdas. Pamatojoties uz mērījumiem, komanda lēš, ka agrīnās Saules sistēmas magnētiskā lauka stiprums bija aptuveni 150 līdz 600 mikroteslas. Tas ir aptuveni trīs līdz 12 reizes vairāk nekā Zemes magnētiskā lauka stiprums mūsdienās.

Rezultāts liecina, ka magnētisms varēja būtiski ietekmēt vielas pārvietošanos protoplanētu diskā laikā, kad veidojās Saule.

“Mēs domājam, ka šādi magnētiskie lauki palīdzēja pārvietot gāzi no protoplanētu diska uz centrālo zvaigzni — Sauli. Arī gravitācijai ir sava loma. Taču tagad mēs parādām, ka, lai pilnībā izprastu, kā veidojās Saule un planētas, magnētiskie lauki jāiekļauj šo procesu būtisko sastāvdaļu vidū,” sacīja Borlina.

Pētījumu daļēji atbalstīja NASA.