Meteoriten aus einer Staubfalle: Warum sie trotz gleichem Ursprungsort so unterschiedlich sind

Eine Region unmittelbar außerhalb der Jupiterbahn war offenbar einer der wichtigsten Entstehungsorte früher Himmelskörper im Sonnensystem. Über einen Zeitraum von rund zwei Millionen Jahren sind dort sehr unterschiedliche Planetesimale entstanden, wie eine neue Studie nun zeigt.

„Erstmals ist es gelungen, mit Hilfe von Computersimulationen des frühen Sonnensystems die Ergebnisse von Laboruntersuchungen von Meteoriten genau zu reproduzieren“, sagt Thorsten Kleine, Direktor am MPS und Kosmochemiker. Die Meteorite würden dabei sozusagen als Prüfstein für Theorien der Planetenentstehung fungieren.

Jupiter bestimmt das frühe Sonnensystem

Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren war das Sonnensystem noch eine rotierende Scheibe aus Gas und Staub. In dieser sogenannten protoplanetaren Scheibe verklumpte Material nach und nach zu immer größeren Objekten. Während einige davon später Planeten bildeten, blieben andere als kleinere Himmelskörper erhalten.

Die neue Studie des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen konzentriert sich auf die Zeit zwischen zwei und vier Millionen Jahren nach der Entstehung des Sonnensystems. Zu diesem Zeitpunkt hatte Jupiter bereits enorme Mengen Materie angezogen und entlang seiner Umlaufbahn eine Lücke in die rotierende Gas- und Staubscheibe gerissen. Ganz in der Nähe wird weiteres Gas angehäuft, aus dem sich dann weitere Gasplaneten bilden können – diese gravitative Ansammlung wird auch als Staubfalle bezeichnet.

Dort sammelten sich große Mengen feiner Teilchen, sogenannte Pebbles, die schließlich zu Planetesimalen anwuchsen. Dass dieser Vorgang grundsätzlich möglich ist, war bereits bekannt. Unklar war jedoch lange, ob über die Zeit hinweg auch Körper mit stark unterschiedlicher Zusammensetzung entstehen konnten.

Fenster in die Vergangenheit

Im Mittelpunkt der Untersuchung standen kohlenstoffreiche Chondrite. Diese Meteorite haben sich seit ihrer Entstehung kaum verändert, weshalb sie zu den ursprünglichsten Materialien des Sonnensystems zählen. Forschende unterscheiden heute sechs Gruppen dieser Gesteinsmeteorite, die sich in Alter, Stabilität und Zusammensetzung teils erheblich unterscheiden.

Einige bestehen fast vollständig aus extrem feinem, bröseligem Material. Andere enthalten zusätzlich größere Einschlüsse aus stabileren Bestandteilen und sind deutlich robuster aufgebaut. Genau diese Unterschiede konnten die neuen Simulationen erklären.

Die Modelle gingen dabei von zwei Materialarten aus: feinem, zerbrechlichem Staub sowie widerstandsfähigeren Partikeln, die sich bereits früh unter Hitzeeinwirkung gebildet hatten. Beide Materialtypen bewegten sich unterschiedlich durch die Gasscheibe. Während kleiner Staub die Jupiterbarriere leichter passieren konnte, wurden größere Partikel stärker aufgehalten.

Simulationen über alle Größenordnungen hinweg

Um die Entwicklung realistisch abzubilden, simulierten die Forschenden die Gesteinsbildung auf unterschiedlichen Maßstäben: von Kollisionen einzelner Staubteilchen bis hin zu Bewegungen innerhalb der riesigen Gasscheibe des jungen Sonnensystems.

Die Berechnungen zeigen, dass sich die Mischungsverhältnisse der Materialien im Laufe der Zeit stark verändert haben. Dadurch konnten nacheinander unterschiedliche Generationen von Planetesimalen entstehen. Nach Ansicht der Forschenden könnten sogar noch weitere Meteoritenarten in derselben Staubfalle entstanden sein.

Joanna Drążkowska vom MPS sieht darin einen grundsätzlichen Mechanismus der Planetenbildung: „Viel spricht dafür, dass in unserem Sonnensystem Staubfallen der bevorzugte Geburtsort von Planetesimalen waren.“

Quellenhinweis:

Gurrutxaga, N., Drazkowska, J., Vaikundaraman, V., & Kleine, T. (2026): Carbonaceous Chondrites provide evidence for late-stage planetesimal formation in a pressure bump. The Astrophysical Journal.