El origen de una familia de extraños meteoritos

La mayoría de los meteoritos que han caído sobre la Tierra son fragmentos de planetesimales, los primeros cuerpos protoplanetarios del sistema solar. Los científicos han pensado que estos cuerpos primordiales se fundieron completamente al principio de su historia o que permanecieron como montones de escombros no derretidos.

Pero una familia de meteoritos ha desconcertado a los investigadores desde su descubrimiento en los años 60. Los diversos fragmentos, encontrados por todo el mundo, parecen haberse desprendido del mismo cuerpo primordial, y sin embargo la composición de estos meteoritos indica que su progenitor debe haber sido una desconcertante quimera que estaba tanto fundida como sin fundir.

Ahora unos investigadores del MIT y de otros lugares han determinado que el cuerpo que originó estos raros meteoritos era en realidad un objeto diferenciado de varias capas que probablemente tenía un núcleo metálico líquido. Este núcleo era lo suficientemente sustancial como para generar un campo magnético que podría haber sido tan fuerte como el campo magnético de la Tierra hoy en día.

Sus resultados, publicados en la revista Science Advances, sugieren que la diversidad de los primeros objetos del sistema solar puede haber sido más compleja de lo que los científicos habían supuesto.

“Este es un ejemplo de un planetesimal que debió haber tenido capas fundidas y no fundidas. Nos anima a la búsqueda de más evidencias de estructuras planetarias compuestas”, dice la autora principal Clara Maurel, una estudiante graduada en el Departamento de Ciencias de la Tierra, la Atmósfera y los Planetas (EAPS) del MIT. “Comprender el espectro completo de estructuras, desde las no fundidas hasta las totalmente fundidas, es clave para descifrar cómo se formaron los planetesimales en el sistema solar temprano”.

Entre los coautores se hallan el profesor del EAPS Benjamin Weiss, y colaboradores de la Universidad de Oxford, la Universidad de Cambridge, la Universidad de Chicago, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el Instituto de Investigación del Suroeste.

El sistema solar se formó hace unos 4.500 millones de años como un remolino de gas y polvo súper caliente. A medida que este disco se enfriaba gradualmente, trozos de materia chocaban y se fusionaban 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 vinieron de planetesimales tan tempranos que debían ser de dos tipos: derretidos y no derretidos. Los científicos creen que ambos tipos de objetos se habrían formado relativamente rápido, en menos de unos pocos millones de años, al principio de la evolución del sistema solar.

Si un planetesimal se formó en los primeros 1,5 millones de años del sistema solar, sus elementos radiogénicos de corta vida podrían haber derretido el cuerpo completamente debido al calor liberado por su desintegración. Los planetesimales no fundidos podrían haberse formado más tarde, cuando su material tenía cantidades menores de elementos radiogénicos, insuficientes para fundirse.

Ha habido poca evidencia en el registro de meteoritos de objetos intermedios con composiciones tanto fundidas como no fundidas, excepto por una rara familia de meteoritos férreos llamada IIE.

“Los IIE son meteoritos extraños”, afirma Weiss. “Muestran tanto evidencias de ser de objetos primordiales que nunca se derritieron, como de provenir de un cuerpo que está completamente o al menos sustancialmente derretido. No hemos sabido dónde ponerlos, y eso es lo que nos hizo concentrarnos en ellos”.

Los científicos habían encontrado previamente que tanto los meteoritos IIE fundidos como los no fundidos se originaron en el mismo planetesimal antiguo, que 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 derretido.

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

El equipo razonó que si el planetesimal albergaba un núcleo metálico, podría muy bien haber generado un campo magnético, similar a la forma en que el núcleo líquido de la Tierra produce un campo magnético al moverse. Un campo tan antiguo podría haber causado que los minerales del 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 del grupo IIE que se habían estrellado contra la Tierra. Obtuvieron dos meteoritos, que analizaron en busca de un tipo de mineral de hierro-níquel conocido por sus excepcionales propiedades de registro del magnetismo.

El equipo analizó las muestras utilizando la Advanced Light Source del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, que produce rayos X que interactúan con los granos de mineral a escala nanométrica, de manera que pueden revelar la dirección magnética de los minerales.

Y efectivamente, los electrones dentro de una serie de granos estaban alineados en una dirección similar, evidencia de que el cuerpo anfitrión generó un campo magnético, posiblemente de hasta varias decenas de microteslas, que es aproximadamente la fuerza del campo magnético de la Tierra. Después de descartar las fuentes menos plausibles, el equipo concluyó que el campo magnético fue más probablemente producido por un núcleo metálico líquido. Para generar tal campo, estiman que el núcleo debió haber tenido al menos varias decenas de kilómetros de diámetro.

Estos complejos planetesimales de composición mixta (tanto fundidos, en la forma de un núcleo y manto líquido, como sin fundir en la forma de una corteza sólida), dice Maurel, probablemente habrían tardado varios millones de años en formarse, un período de formación más largo que el que los científicos habían asumido hasta hace poco.

¿Pero de dónde procedían los meteoritos en el cuerpo del objeto anfitrión? Si el campo magnético fue generado por el núcleo de este, esto significaría que los fragmentos que finalmente cayeron a la Tierra no podrían haber venido del núcleo mismo. Eso es porque un núcleo líquido solo genera un campo magnético cuando aún está agitado y caliente. Cualquier mineral que hubiera registrado el campo antiguo debería haberlo hecho fuera del núcleo, antes de que el propio núcleo se enfriara completamente.

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

“A medida que el cuerpo se enfría, los meteoritos de estas bolsas imprimen este campo magnético en sus minerales. En algún momento, el campo magnético decaerá, pero la huella permanecerá”, dice Maurel. “Más tarde, este cuerpo va a sufrir muchas otras colisiones hasta la última que pondrá a estos meteoritos en la trayectoria de la Tierra”.

¿Era un planetesimal tan complejo algo atípico en el sistema solar temprano, o uno de muchos otros 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 tener una superficie sin fundir”, dice Weiss. “Si llegamos a ser capaces de ver el interior de los asteroides, podríamos probar esta idea. Tal vez algunos asteroides están fundidos en su interior, y los cuerpos como este planetesimal son en realidad comunes”. (Fuente: NCYT Amazings)