Raros meteoritos nacieron de un cuerpo protoplanetario con núcleo metálico líquido

La mayoría de los meteoritos que han aterrizado en la Tierra son fragmentos de planetesimales, los primeros cuerpos protoplanetarios del sistema solar.

Los científicos siempre 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 por 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 no se derritió.

Ahora los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), junto de los de la Universidad de Oxford, la Universidad de Cambridge, la Universidad de Chicago, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el Instituto de Investigación Southwest, han determinado que el cuerpo principal de estos meteoritos raros era de hecho un objeto diferenciado de varias capas que probablemente tenía un núcleo metálico líquido.

Este núcleo fue lo suficientemente sustancial como para generar un campo magnético que pudo haber sido tan fuerte como el campo magnético de la Tierra en la actualidad. Sus resultados, publicados en la revista Science Advances, sugieren que la diversidad de los primeros objetos en el sistema solar puede haber sido más compleja de lo que los científicos habían asumido.

"Este es un ejemplo de un planetesimal que debió de haber tenido capas fundidas y no fundidas que fomenta la búsqueda de más evidencia de estructuras planetarias compuestas”, explica en un comunicado la autora principal Clara Maurel, estudiante graduada en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT (EAPS).

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".

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, muy pronto 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 haber derretido el cuerpo por completo 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, a excepción de 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 evidencia de que provienen de un cuerpo que está completamente o al menos derretido sustancialmente. No hemos sabido dónde colocarlos y eso es lo que nos hizo concentrarnos en ellos".

Los científicos han descubierto anteriormente que los meteoritos IIE fundidos y 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 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? -se pregunta Maurel-. Esa fue la pieza que faltaba en la historia de estos meteoritos".

El equipo razonó que, si el planetesimal alojara un núcleo metálico, muy bien podría haber generado un campo magnético, similar a la forma en que el núcleo líquido de la Tierra produce un campo magnético. 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.

El equipo analizó las muestras utilizando la Fuente de luz avanzada del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, que produce rayos X que interactúan con los granos minerales a escala nanométrica, de manera que 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 padre generó un campo magnético, posiblemente hasta varias decenas de microteslas, que se trata de la fuerza del campo magnético 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 con composición mixta (ambos fundidos, en forma de núcleo líquido y manto, y sin fundir en forma de corteza sólida), dice Maurel, probablemente habrían tomado varios millones de años en formarse, un período de formación que es más largo de lo que los científicos habían asumido hasta hace poco.

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 se descompondrá, pero la huella permanecerá -explica Maurel-. Más adelante, este cuerpo sufrirá muchas otras colisiones hasta las colisiones finales que colocarán a estos meteoritos en la trayectoria de la Tierra".

Si era o no un planetesimal tan complejo un caso atípico en el sistema solar primitivo, o uno de los muchos objetos diferenciados la respuesta, según 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 -señala-. Si finalmente pudiéramos ver dentro de los asteroides, podríamos probar esta idea. Tal vez algunos asteroides se derritan por dentro, y cuerpos como este planetesimal son realmente comunes".

(Con información de Europa Press)

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