De steniga planeterna närmast solen består av mycket olika material än gasjättarna i det yttre solsystemet. Det beror på att miljontals år sedan delades vårt babysolsystem i två av en kosmisk portvakt som förhindrade material i de inre och yttre områdena att blandas.
Det visar sig att gatekeeper var en ring av damm och gas, enligt en ny studie. Staketet, eller "Great Divide", en term som myntades av författarna, är nu mestadels tomt utrymme precis innanför Jupiters omloppsbana.
För ungefär två decennier sedan insåg kemister att byggstenarna för planeter - planetesimaler i asteroidstorlek eller mycket mindre "småsten" - hade mycket olika kompositioner beroende på deras avstånd från solen. Kiselstenarna som byggde upp de yttre eller "joviska" planeterna innehöll högre koncentrationer av organiska molekyler som kol och flyktiga ices eller gaser än de som byggde upp de "markbundna" planeterna närmare solen, till exempel Jorden och Mars.
Men det var förbryllande, eftersom teorin förutspådde att småstenar från det yttre solsystemet skulle ha spiralat mot det inre solsystemet, på grund av vad som kallas "gasdrag", eller gravitationsdragningen i gasen som omger den unga solen.
Innan denna studie trodde forskare att "gravitationsväggen som förhindrade blandning mellan den inre och yttre skivan i vårt framväxande solsystem var Jupiter," sa seniorförfattaren Stephen Mojzsis, professor i geokemi vid University of Colorado Boulder. Tänkandet var att Jupiter var så stor och dess tyngdkraftsdrag så stark, att den gabbade upp små stenar innan de kunde nå det inre solsystemet.
För att testa denna teori skapade Mojzsis och huvudförfattaren Ramon Brasser, en forskare vid Earth-Life Science Institute vid Tokyo Institute of Technology i Japan, datorsimuleringar som åter skapade tillväxten av det tidiga solsystemet och planeterna i det.
Simuleringen avslöjade att Jupiter inte kunde växa tillräckligt snabbt för att undvika att alla kolrika stenar strömmar in i det inre solsystemet. Faktum är att de flesta stenar från det yttre solsystemet gick direkt vidare av den växande Jupiter.
"Jupiter är en mycket ineffektiv gatekeeper", sa Mojzsis till Live Science. "Det är som att en porös gräns invandrare från det yttre solsystemet skulle ha översvämmat det inre solsystemet." Jupiter i sig skulle ha släppt många stenar, vilket innebar att planeter i det yttre och inre solsystemet skulle ha visat sig ha liknande kompositioner, tillade han.
Istället föreslog de två forskarna en annan teori: tidigt i solsystemets historia kunde det ha funnits en ring, eller flera ringar av växlande band med högt och lågt tryck gas och damm som cirklar runt solen. Dessa ringar skulle ha förhindrat att småsten rör sig inåt. De baserade sin hypotes på observationer från Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) i Chile, som visade att cirka 2 av 5 unga stjärnor hade dessa tjur-ögon-liknande skivor runt sig.
Dessa högtrycksskivor kunde ha fångat damm och fått det att samlas i olika grupper - en som skulle bilda Jupiter och Saturnus och en annan jord och Mars, till exempel. En av dessa sänkor kunde ha förhindrat att yttre stenar rörde sig mot solen och skapat den stora klyftan, sade Mojzsis. Trots detta skulle denna ring inte ha varit helt tätad. Det skulle ha gjort det möjligt att kolhaltiga stenar flyter in i det inre solsystemet och skapade frön för livet på jorden, tillade han.
Det är en "intressant idé", sa Michiel Lambrechts, en postdoktor vid Lundobservatoriet i Sverige som inte ingick i studien. "Även om författarna presenterar verk som illustrerar utmaningen att dela in de inre och yttre fasta behållarna med en växande Jupiter, gör de inte en lika detaljerad ringmodell."
Denna ringmodell måste visa hur småstenen fångas och hur planeterna hamnar i sådana småstenfällor, tillade han. Fram till dess "kvarstår det svårt att starkt föredra denna ringmodell framför andra möjliga förklaringar."
Resultaten publicerades idag (13 jan) i tidskriften Nature Astronomy.
