Wetenschap

Buitenaardse vulkanen hebben mogelijk met kristal bezaaide meteorieten gesmeed

In het turbulente vroege zonnestelsel kunnen zware metalen een grotere rol hebben gespeeld dan door astronomen werd gedacht, zo suggereert een nieuwe theorie.vrijdag 20 september 2019

Door Michael Greshko
In 2026 zal de Psyche-missie van de NASA aankomen bij 16-Psyche, een van de zwaarste planetoïden in het zonnestelsel. De metaalglans van de planetoïde wijst erop dat deze afkomstig kan zijn van de ijzeren-nikkelen kern van een oerplaneet, of dat er gesmolten ijzer kort na het ontstaan van dit hemellichaam over een relatief dunne mantel van de planetoïde is uitgestroomd.

Vulkanen zijn zware jongens, maar spuwen zo ook zware metalen uit? Volgens een nieuwe hypothese is het antwoord daarop: ja, op sommige oerwerelden in het zonnestelsel waren mogelijk vulkanen aanwezig die gesmolten ijzer en nikkel uitbraakten, bij uitbarstingen die ook tot de vorming van pallasieten moeten hebben geleid, een van de mooiste en meest raadselachtige soorten meteorieten die we kennen.

De hypothese, die afgelopen maandag werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy, zou een verklaring kunnen bieden voor enkele van de meer bizarre kenmerken van 16-Psyche, een planetoïde met een lengte van zo’n 278 kilometer en een ongekend metaalachtig oppervlak. Nog in dit decennium zullen de ideeën van de hypothese worden uitgetest: in 2022 zal de NASA de ruimtesonde Psyche lanceren, die in 2026 in een omloopbaan rond de gelijknamige planetoïde gebracht zal worden om het hemellichaam in alle detail te kunnen bestuderen.

“Ik was echt heel blij dat deze studie verscheen, omdat er berekeningen in zitten die we zouden moeten doen als niemand anders ze zou hebben gedaan,” zegt Lindy Elkins-Tanton, planetologe aan de Arizona State University en hoofdwetenschapper van de Psyche-missie.

“De Psyche-missie is de reden waarom we hier zo opgetogen over zijn, en dan zien we 16-Psyche niet alleen maar als een zwak lichtpuntje aan het firmament, maar als een echte, fysieke wereld,” zegt Brandon Johnson, hoofdauteur van de nieuwe studie en planetoloog aan de Purdue University. “Wat de Psyche-missie ook zal aantreffen, het zal zeker iets spannends zijn.”

Metallic-glans

Uit radarmetingen van het oppervlak van 16-Psyche blijkt duidelijk dat het oppervlak van de planetoïde een metallic-achtige glans heeft. Dat was voor wetenschappers aanleiding om te denken dat het om de blootgelegde kern van een planetoïde ging, een van de ontelbare miniwerelden die in het vroege zonnestelsel werden gevormd. Volgens een van de ideeën over de vorming van 16-Psyche begon deze planetoïde ooit als een kern van ijzer en nikkel, met daaromheen een rotsachtige mantel, waarna die mantel werd weggeslagen als gevolg van de vele inslagen in het flipperkastachtige vroege zonnestelsel.

Maar sinds 2017 bleek uit tweeonderzoeken naar het volume van 16-Psyche dat de planetoïde een dichtheid van rond de 4,2 gram per kubieke centimeter had, wat ongeveer 45 procent minder zwaar was dan je zou verwachten van een solide massa van ijzer en nikkel. Als 16-Psyche inderdaad geheel en al uit metaal zou bestaan, dan zou hij tegelijkertijd extreem poreus moeten zijn. Een andere mogelijkheid is dat 16-Psyche ondanks zijn metaalachtige oppervlak een deel van zijn lichtere, rotsachtige mantel heeft behouden. Maar in dat geval luidt de vraag waarom zijn oppervlakte zo sterk doet denken aan een kern van zware metalen? “Hij is nog altijd veel te zwaar om alleen uit rots te bestaan, maar niet zwaar genoeg om alleen uit metalen te bestaan,” zegt Elkins-Tanton. “De vraag is nu: wat is het?”

Volgens de nieuwe hypothese ligt de verklaring mogelijk in de manier waarop 16-Psyche miljarden jaren geleden tot een solide blok metaal en steen is afgekoeld, gedurende de eerste tien tot honderd miljoen jaar van zijn bestaan. Toen de kern van 16-Psyche nog heet genoeg was om vloeibaar te zijn, is deze brei van metalen – een mix van ijzer, nikkel en zwavel – misschien van buitenaf gestold. Tijdens dat proces zou de kern van ijzer en nikkel langzaam van buiten naar binnen toe zijn gekristalliseerd, als rijp dat zich op de voorruit van een auto vormt.

Maar ijzer en nikkel kristalliseren niet als er zwavel aanwezig is, dus moet de zwavel in de kern tijdens het stollingsproces steeds meer in aparte bellen geïsoleerd zijn geraakt en zich daar allengs hebben opgehoopt, waar het zou hebben verhinderd dat het ijzer en nikkel ook bij relatief lage temperaturen begon te stollen. Puur ijzer begint onder de 1537 oC te stollen, maar bij de juiste verhouding tussen ijzer en zwavel kan deze mix tot 988oC vloeibaar blijven.

Johnson en zijn collega’s hebben berekend dat de gesmolten metalen, afhankelijk van de omvang van de zwavelrijke bellen waarin ze zich bevonden, onder een enorme druk moeten hebben gestaan, in de orde van grootte van tientallen kilo’s per vierkante centimeter. Door deze druk kan het gesmolten metaal, een beetje zoals bij het platdrukken van een tube tandpasta, door spleten in de bovenliggende mantel zijn gedrongen en zelfs via vulkanische openingen aan de oppervlakte zijn getreden, tenminste als de mantel niet dikker was dan zo’n vijftig kilometer. Als mensen boven zo’n vulkaanlandschap hadden gezweefd, zouden ze volgens Johnson grote spleten hebben gezien waaruit brede stromen van gesmolten ijzer en nikkel zouden zijn gesijpeld.

Dit hypothetische proces, dat van het team de benaming ‘ferrovulkanisme’ heeft gekregen, zou het merkwaardige uiterlijk en de onverwachte dichtheid van 16-Psyche kunnen verklaren. Johnson en zijn collega’s Michael Sori en Alexander Evans denken dat de waargenomen dichtheid van 16-Psyche logisch zou zijn als de planetoïde een kern van ijzer zou hebben, met daarboven een rotsachtige mantel van zo’n 25 kilometer dikte. En als 16-Psyche inderdaad een rotsachtige mantel heeft, zou die door het optreden van ferrovulkanisme kunnen zijn gevernist met een laag metalen uit de kern van de planetoïde.

“Een van de interessantste elementen van dit verhaal is denk ik de implicatie dat 16-Psyche uiteindelijk helemaal geen bol van ijzer en nikkel is geweest, dus geen naakte kern van metalen,” zegt Johnson. “Als onze ideeën kloppen, zou hij een rotsachtige mantel van tientallen kilometers dikte kunnen hebben.”

Meteorieten vol edelstenen?

Elkins-Tanton prijst de berekeningen in de nieuwe studie, maar wijst erop dat we niet weten hoe omvangrijk het vulkanisme op 16-Psyche is geweest terwijl toch het hele oppervlak van de planetoïde metaalachtig is.

“Misschien gaat het wel degelijk om de kern van een planetoïde waarvan de rotsachtige mantel is weggeslagen, maar niet overal, of misschien gaat het om één grote wirwar – er zijn talloze mogelijkheden,” zegt zij. “We zullen zeker geen glanzende metalen bol in de ruimte aantreffen.”

De hypothese op basis van ferrovulkanisme is niettemin aantrekkelijk omdat ze ook het bestaan van zogenaamde pallasieten zou verklaren, een raadselachtige categorie meteorieten. Pallasieten bestaan uit groenbruine kristallen – het mineraal olivijn – die in een omgeving van ijzer en nikkel liggen ingebed. Soms bestaan de ingesloten kristallen zelfs uit peridot, een edelsteen van olivijn. Omdat olivijn in mantels wordt gevormd, hebben wetenschappers het materiaal waaruit pallasieten bestaan lange tijd beschouwd als een mix van mantel- en kernmateriaal dat in de oertijd van het zonnestelsel door inslagen de ruimte in is geslingerd. Fragmenten van dit ruimteschroot zijn in de vorm van pallasieten op de aarde ingeslagen. Maar de precieze oorsprong van pallasieten is altijd onderwerp van debat gebleven.

“Deze ferrovulkanisme-theorie zou een natuurlijke verklaring kunnen bieden voor het mengen van kern- en mantelmateriaal,” zegt Johnson.

bekijk galerij

Maar het mixen van gesmolten ijzer en mineralen levert maar ten dele de vorming van pallasieten op, zegt Elkins-Tanton. Dit type meteoriet is ook bijzonder omdat andere mineralen er vaak niet in voorkomen en volgens het tijdschema voor de vorming van planetoïden is er slechts een klein tijdvenster waarin er in de diepe mantel van zo’n object uitsluitend kristallen van olivijn zouden overheersen.

“Als het magma van ijzer en nikkel op het juiste moment in de juiste laag doordringt, dan zou het mechanisme werken,” zegt zij. “Maar volgens mij is dat nog geen verklaring voor alle mysteries rond pallasieten.”

In 2026 zal de sonde Psyche beginnen aan het ontrafelen van deze mysteries. Door verschillen in de zwaartekracht van de planetoïde te meten, zullen wetenschappers kunnen vaststellen of het binnenste van de planetoïde uit diverse lagen of in z’n geheel uit poreus metaal bestaat. Ook zal de sonde de samenstelling van het oppervlak van 16-Psyche in kaart brengen. Als er gebieden met olivijn op het oppervlak worden waargenomen, zou dat erop wijzen dat 16-Psyche enkele van de pallasieten in het zonnestelsel heeft voortgebracht, mogelijk zelfs pallasieten die op aarde zijn gevonden.

Hoewel de gegevens van de missie nog jaren op zich zullen laten wachten, is Johnson opgetogen over het feit dat we deze uitzonderlijke planetoïde eindelijk van dichtbij zullen bestuderen: “Dit is waar planetologen voor leven: een nieuwe wereld in beeld te zien komen.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

kijk verder

11 foto's
Bekijk prachtige foto’s van asteroïden en kometen
Van komeet Halley tot dwergplaneet Ceres: bekijk deze prachtige beelden.
Lees meer