Historia del origen de una familia de meteoritos raros

Corte de una muestra de una rara familia de meteoritos. Revelan que su planetesimal progenitor, era un objeto complejo en capas, con un núcleo fundido y una corteza sólida similar a la Tierra. Se había formado en las primeras etapas del Sistema Solar.
Crédito de la foto: Carl Agee, Instituto de Meteorítica, Universidad de Nuevo México /
Fondo editado por MIT News.

El estudio sugiere que los objetos raros probablemente provenían de un planetesimal temprano con un núcleo magnético.

La mayoría de los meteoritos que han aterrizado en la Tierra son fragmentos de planetesimales, los primeros cuerpos protoplanetarios del Sistema Solar. Los científicos han pensado que estos cuerpos primordiales se derritieron por completo al principio de su historia o quedaron como montones de escombros sin fundir.

Pero una familia de meteoritos ha confundido a los investigadores desde su descubrimiento en la década de 1960. Los diversos fragmentos, que se encuentran en todo el mundo, parecen haberse desprendido del mismo cuerpo primordial, y sin embargo, la composición de estos meteoritos indica que sus padres deben haber sido una quimera desconcertante que se derritió y a la vez no se derritió.

Ahora los investigadores del MIT y de otros lugares han determinado que el cuerpo principal de estos meteoritos raros era de hecho un objeto diferenciado de varias capas. Probablemente tenía un núcleo metálico líquido. Este núcleo fue lo suficientemente sustancial como para generar un campo magnético que pudo haber sido como el de la Tierra en la actualidad.

Sus resultados, publicados en  «Science Advances», sugieren que la diversidad de los primeros objetos del Sistema Solar puede haber sido más compleja de lo supuesto.

La autora principal Clara Maurel, es una estudiante graduada en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT.  Ella señaló:

“Este es un ejemplo de un planetesimal que debe haber tenido capas fundidas y no fundidas. Fomenta la búsqueda de más evidencia de estructuras planetarias compuestas. Comprender el espectro completo de estructuras, desde no fundidas hasta completamente fundidas, es clave para descifrar cómo se formaron los planetesimales en el Sistema Solar temprano».

Los coautores de Maurel incluyen al Profesor EAPS Benjamin Weiss, junto con colaboradores de las Universidades de: Oxford, Cambridge y Chicago. También participaron el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LNLB) y el Instituto de Investigación del Suroeste (SwRI).

Hierros raros

El Sistema Solar se formó hace unos 4.500 millones de años como un remolino de gas y polvo súper calientes. A medida que este disco se enfriaba gradualmente, trozos de materia colisionaron y se fusionaron para formar cuerpos progresivamente más grandes, como los planetesimales.

La mayoría de los meteoritos que han caído a la Tierra tienen composiciones que sugieren que provenían de planetesimales tan tempranos que eran de dos tipos: fundidos y no fundidos. Los científicos creen que ambos tipos de objetos se habrían formado relativamente rápido, en menos de unos pocos millones de años, temprano en la evolución del sistema solar.

Si se formó un planetesimal en los primeros 1,5 millones de años del Sistema Solar, los elementos radiogénicos de corta duración podrían haberlo derretido. Esto es debido al calor liberado por su descomposición. Los planetesimales no fundidos podrían haberse formado más tarde, cuando su material tenía cantidades más bajas de elementos radiogénicos, insuficientes para derretirse.

Ha habido poca evidencia en el registro de meteoritos, de objetos intermedios con composiciones fundidas y no fundidas. Una excepción es una rara familia de meteoritos llamados hierros IIE.

«Estos hierros IIE son meteoritos extraños«, dice Weiss. “Muestran evidencia de ser de objetos primordiales que nunca se derritieron, y también de que provienen de un cuerpo que está completamente o casi derretido . No hemos sabido dónde colocarlos, y eso es lo que nos hizo centrarnos en ellos».

Buscando evidencia de un antiguo campo magnético en los meteoritos

Se ha descubierto previamente que los meteoritos IIE fundidos y no fundidos se originaron en el mismo planetesimal antiguo. Probablemente tenía una corteza sólida sobre un manto líquido, como la Tierra. Maurel y sus colegas se preguntaron si el planetesimal también podría haber albergado un núcleo metálico fundido.

«¿Este objeto se derritió lo suficiente como para que el material se hundiera en el centro y formara un núcleo metálico como el de la Tierra?» Dice Maurel. «Esa fue la pieza que faltaba en la historia de estos meteoritos«.

Si el planetesimal albergaba un núcleo metálico, entonces podría haber generado un campo magnético, similarmente a como el núcleo líquido de la Tierra lo hace. Un campo tan antiguo podría haber causado que los minerales en el planetesimal apunten en la dirección del campo, como una aguja en una brújula. Ciertos minerales podrían haber mantenido esta alineación durante miles de millones de años.

Maurel y sus colegas se preguntaron si podrían encontrar tales minerales en muestras de meteoritos IIE que se habían estrellado contra la Tierra. Obtuvieron dos meteoritos, que analizaron para un tipo de mineral de hierro-níquel conocido por sus excepcionales propiedades de registro de magnetismo.

Identificando la existencia de una antiguo campo magnético y deduciendo su origen

El equipo analizó las muestras utilizando el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

La Fuente de Luz Avanzada, produce rayos X que interactúan con granos minerales a escala nanométrica, puede revelar la dirección magnética de los minerales.

Efectivamente, los electrones dentro de varios granos se alinearon en una dirección similar, evidencia de que el cuerpo progenitor generó un campo magnético. Éste, es posiblemente de hasta varias decenas de microteslas, como la fuerza del campo magnético actual de la Tierra.

Después de descartar fuentes menos plausibles, el equipo concluyó que el campo magnético probablemente fue producido por un núcleo metálico líquido. Para generar dicho campo, estiman que el núcleo debe haber tenido al menos varias decenas de kilómetros de ancho.

Dichos planetesimales complejos tienen composición mixta (con materiales fundidos, en forma de núcleo líquido y manto, y sin fundir en forma de corteza sólida). Probablemente habrían tardado varios millones de años en formarse, un período de formación que es más largo de lo que se pensaba, dijo Maurel.

¿Pero de dónde provienen los meteoritos dentro del cuerpo de su progenitor? 

Si el campo magnético fue generado por el núcleo del cuerpo principal, esto significaría que los fragmentos que finalmente cayeron a la Tierra no podrían haber venido del núcleo mismo. Esto se debe a que un núcleo líquido solo genera un campo magnético mientras está agitado y caliente. Cualquier mineral que hubiera registrado el campo antiguo debe haberlo hecho fuera del núcleo, antes de que el núcleo mismo se haya enfriado por completo.

Trabajando con colaboradores de la Universidad de Chicago, el equipo realizó simulaciones de alta velocidad de varios escenarios de formación para estos meteoritos. Mostraron que era posible que un cuerpo con un núcleo líquido colisionara con otro objeto, y que ese impacto desalojara el material del núcleo. Ese material luego migraría a bolsas cercanas a la superficie donde se originaron los meteoritos.

A medida que el cuerpo se enfría, los meteoritos en estos bolsillos imprimirán este campo magnético en sus minerales. En algún momento, el campo magnético decaerá, pero la huella permanecerá ”, dice Maurel. «Más adelante, este cuerpo sufrirá muchas otras colisiones hasta las colisiones finales que colocarán a estos meteoritos en la trayectoria de la Tierra».  

Investigación futura

¿Era un planetesimal tan complejo un caso atípico en el Sistema Solar Primitivo, o uno de los muchos objetos diferenciados? La respuesta, dice Weiss, puede estar en el Cinturón de Asteroides, una región poblada con restos primordiales.

«La mayoría de los cuerpos en el Cinturón de Asteroides parecen no fundidos en su superficie», dice Weiss. “Si finalmente podemos ver dentro de los asteroides, podríamos probar esta idea. Tal vez algunos asteroides se derriten por dentro, y cuerpos como este planetesimal son realmente comunes».

Esta investigación fue financiada, en parte, por la NASA.

Fuente: Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Artículo original: «An origin story for a family of oddball meteorites«. Jennifer Chu. MIT News Office, July 24, 2020.

Material relacionado:

Recursos introductorios sobre meteoritos:

Un recurso introductorio sobre meteoritos, pleno de referencias, en idioma Inglés y Español es:

Presentando el tema en la forma de preguntas y respuestas, está el artículo:

Un abordaje del tema de los meteoritos a través de una selección de recursos, se encuentra en el apartado “Material relacionado del artículo:

Sobre los planetesimales y el proceso de formación planetaria

Un artículo de referencia sobre la formación de los planetas de nuestro Sistema Solar, mostrando el proceso y la investigación del mismo, con excelentes representaciones gráficas, escrito por  la Investigadora Lindy Elkins-Tanton una de las más reconocidas científicas sobre el tema e Investigadora Principal (PI) de la Misión Psyche, es:

Los asteroides y su relación con los Meteoritos

Presentando los Asteroides y su relación con los Meteoritos, y los procesos de evolución de los primeros, resaltando el papel de los grandes impactos, está el siguiente artículo, comentario de la Sesión dedicada a un grupo de rocas del espacio llamado meteoritos diferenciados, y sus propuestos cuerpos progenitores en la Conferencia de Ciencia Lunar y Planetaria 2016 (LPSC 2016) :

Para quien quiera profundizar más en el tema Asteroides y Meteoritos, recomendamos el Capítulo 4 del libro ” Evaluating the Biological Potential in Samples Returned from Planetary Satellites and Small Solar System Bodies“, National Academy Press, que  examina el origen, la composición y las condiciones ambientales de tres clases principales de asteroides: asteroides indiferenciados, primitivos (tipo C); asteroides metamorfoseados indiferenciados; y asteroides diferenciados:

  • Asteroids and MeteoritesTask Group on Sample Return from Small Solar System Bodies Space Studies Board, National Research Council. National Academy Press, 1998.

 Un excelente sitio con toda la información en la evolución de los asteroides y planetesimales es:

Algunos casos notables en que se ha trazado la conexión entre un meteorito y su progenitor

a)_ Los meteoritos de Almahata Sitta.

El 7 de Octubre de 2008, un asteroide entró en la atmósfera de la Tierra y explotó 37 km sobre el desierto de Nubia en Sudán. El asteroide, ahora conocido como “2008 TC 3 “, tenía poco más de cuatro metros de diámetro.

Cuando explotó en la atmósfera, dispersó múltiples fragmentos en el desierto. Se recogieron cincuenta fragmentos, de tamaño entre 1 y 10 cm, con una masa total de 4,5 kg, constituyendo una colección llamada Almahata Sitta.

El Doctor Peter Jenniskens en el momento que localiza, junto a estudiantes de la Universidad de Jartum, una de las piezas del meteorito de Almahata Sitta. El meteorito reposa sobre la arena del desierto de Nubia en el Noreste de Sudán.
Crédito: SETI / Peter Jenniskens, M. Shaddad.

Estos meteoritos son en su mayoría ureilitas, un tipo raro de meteorito pétreo que a menudo contiene grupos de diamantes de tamaño nanométrico. 

Los investigadores han estudiado diamantes grandes de los meteoritos Almata Sitta y descubrieron que el asteroide provenía de un “embrión” planetario. El tamaño de ese embrión estaba entre los de Mercurio y Marte.

b)- El meteorito de Sutter Mill.

Apenas ocho meses después de que una bola de fuego iluminara los cielos de California y Nevada, el primer artículo científico apareció examinando los meteoritos que dejó.

«Se hizo muy rápidamente», dijo Peter Jenniskens, un investigador de meteoritos que de repente se encontró manejando un pequeño ejército de voluntarios cuando el meteorito Sutter’s Mill se rompió el 22 de abril de 2012.

Docenas de científicos saltaron en ayuda de Jenniskens mientras buscaba fragmentos de meteoritos . Menos publicitados fueron los voluntarios que llamaron por teléfono dando informes de meteoritos, o enviaron fotos y videos de la bola de fuego por e-mail.

Peter Jenniskens (derecha), el científico de la NASA a cargo de un grupo de investigadores que busca fragmentos de meteoritos, camina hacia el zepelín. La aeronave está estacionada en McClellan Air Park en Sacramento, California. 
Crédito Foto: AP / Rich Pedroncelli
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El equipo de Jenniskens se hizo con una aeronave para buscar fragmentos. Simultáneamente tuvieron un golpe de suerte: la información del radar Doppler de las estaciones meteorológicas cercanas mostró la trayectoria del meteorito. Al agregar estos datos a las imágenes y videos enviados por voluntarios, los científicos pudieron reconstruir la historia temprana del asteroide impactante.

c)_ El meteorito de Turquía.

Una colisión en el asteroide Vesta que creó el cráter de impacto Antonia en forma de U hace 22 millones de años produjo los meteoritos que cayeron cerca de la aldea de Sariçiçek en Turquía en 2015 (ver video en la sección “Videos”):

d)_ Una roca de la Tierra en la Luna.

Videos

Curiosidades

El asteroide Psique y la misión para estudiarlo.

El artista Peter Rubin y la científia Lindy Elkins-Tanton colaboran con Space Systems Loral y JPL para imaginar cómo podría ser la superficie del mundo del metal Psique.
Escarpes de contracción de palasita, flujos de lava de azufre, torres de eyección congeladas.  Más información.
Crédito: ASU/SSL/JPL/Peter Rubin /Lindy Elkins-Tanton.

Psique es un asteroide grande y peculiar que orbita alrededor del Sol en el Cinturón de Asteroides de nuestro Sistema Solar. 

Aunque la mayoría de los asteroides están hechos principalmente de roca o hielo, Psique es abundante en metal. Eso sugiere que podría ser el núcleo remanente de un planeta primitivo. Ahora Elkins-Tanton et al. informan que Psique puede tener una proporción más alta de roca a metal que la hipótesis anterior.

Para conocer de primera mano a Psique, está en fase de diseño una misión para visitarlo. El siguiente artículo lo presenta:

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